1

NOTE DE CURS

NAVIGAŢIE Vol. 1

AUTOR: Dr. GEORGESCU ŞTEFAN

CONSTANŢA 2004

2

CUPRINS

CAPITOLUL I

GENERALITĂŢI; FORMA ŞI DIMENSIUNILE PĂMÂNTULUI. ELEMENTELE SFEREI TERESTRE ŞI ELIPSOIDULUI TERESTRU; SISTEMUL DE COORDONATE GEOGRAFICE; DIFERENŢE DE COORDONATE GEOGRAFICE; DEPLASAREA EST-VEST. UNITĂŢI DE MĂSURĂ UTILIZATE ÎN NAVIGAŢIE; REPREZENTAREA ELEMENTELOR SFEREI TERESTRE.

I.1. Generalităţi ……………………………………………………….... 6I.2. Forma şi dimensiunile Pământului ......... ........................................... 6I.3. Elementele sferei terestre …………………………………………… 10I.4. Sistemul de coordonate geografice …………………………………. 11I.5. Diferenţe de coordonate geografice ………………………………… 13I.6. Unităţi de măsură folosite în navigaţie ……………………………... 17

I.6.1. Unităţi de lungime deduse de măsurători geodezice .......... 17 I.6.1.A. Metrul ................................................................ 17 I.6.1.B. Mila marină ........................................................ 18 I.6.2. Unităţi de lungime anglo-saxone folosite în navigaţie ....... 19 I.6.3. Unităţi de măsură a vitezei navei .......................................

20

CAPITOLUL II PLANE ŞI LINII PRRINCIPALE ALE OBSERVATORULUI PE SFERA TERESRĂ; DRUMURI ŞI RELEVMENTE: DEFINIŢII, REPREZENTĂRI, RELAŢII. SISTEME DE CONTARE A DRUMURILOR ŞI RELEVMENTELOR; ORIZONTUL GEOMETRIC VIZIBIL ŞI DE RADIOLOCAŢIE; DISTANŢA LA CARE UN REPER DE NAVIGAŢIE APARE LA LINIA ORIZONTULUI

II.1. Plane şi linii prrincipale ale observatorului pe sfera terestră …….... 22II.2. Drumuri şi relevmente ...............................…………………………. 24

II.2.1. Drum adevărat, relevment adevărat, relevment prova ....... 24 II.2.2. Sisteme de contare şi relaţiile între drumuri şi relevmente 25 II.2.2.1. Sistemul circular ................................................ 26 II.2.2.2. Sistemul cuadrantal ............................................ 27 II.2.2.3. Sistemul semicircular ........................................ 28 II.2.2.4. Sistemul cuadrantal în carturi ............................ 28

II.3. Orizontul geometric vizibil de radiolocaţie ........................................ 29II.4. Distanţa la care un reper de navigaţie apare la linia orizontului ........ 31

CAPITOLUL III DETERMINAREA DIRECŢIILOR LA BORDUL NAVEI;

MAGNETISMUL TERESTRU; DECLINAŢIA MAGNETICĂ; MAGNETISMUL NAVEI; DEVIAŢIA COMPAS; DESCRIEREA ŞI FUNCŢIONAREA COMPASULUI MAGNETIC; CORECŢIA TOTALĂ COMPAS, CONVERTIREA DRUMURILOR ŞI RELEVMENTELOR.

III.1. Generalităţi asupra determinării direcţiilor la bordul navei ……….... 35III.2. Proprietăţile magnetismului ……………………………………….. 37

3

III.3. Câmpul magnetic terestru. Declinaţia magnetică …………………... 42 III.3.1 Magnetismul terestru ...................................................... 42 III.3.2 Elementele magnetismului terestru şi relaţiile dintre ele . 43 III.3.3. Calculul declinaţiei magnetice în navigaţie ……………. 47

III.4. Magnetismul navei. Deviaţia magnetică ……………………………. 51 III.4.1. Generalităţi. Ipoteze fundamentale ……………………. 51 III.4.2. Inducţia magnetică în fierul moale de la bord.

Magnetismul temporar al navei ………………………... 53 III.4.3. Câmpul magnetic permanent al navei .............................. 57 III.4.4. Câmpul magnetic al navei. Deviaţia magnetică .............. 60

III.5. Compasul magnetic (magnetic compass) 66 III.5.1. Descrierea compasului magnetic. Orientarea rozei în

orizont .............................................................................. 66 III.5.2. Compas etalon. Compas de drum ……………………… 71 III.5.3. Principiul funcţionării compasului la bord ...................... 72 III.5.4. Utilizarea compasului magnetic la bord .......................... 74 III.5.5. Convertirea drumurilor şi a relevmentelor ...................... 83

III.6. Proprietăţile mecanice ale giroscopului liber ………………………. 88 III.6.1. Transformarea giroscopului în girocompas ..................... 89

III.7. Funcţionarea giroscopului după schema bloc ..................................... 90 III.7.1. Erorile girocompasului ………………………………… 92 III.7.1.1. Deviaţia giroscompasului …………………. 93 III.7.1.2. Eroarea cauzată de varaţia vitezei sau

schimbarea drumului navei ……………….. 96 III.7.1.3. Eroarea rămasă ……………………………. 98 III.7.1.4. Eroarea de balans .......................................... 100 III.7.1.5. Erori accidentale ........................................... 102 III.7.1.6. Precizia indicaţiilor girocompasului ............. 103 III.7.2. Instalarea girocompasului la bordul navei ....................... 104

III.8. Corecţia girocompasului ∆g. Convertirea drumurilor şi relevmentelor ...................................................................................... 107

CAPITOLUL IV DETERMINAREA VITEZEI ŞI DISTANŢEI PARCURSE. MĂSURAREA ADÂNCIMII APEI

IV.1. Lochul hidrodinamic ………………………………………..…….... 111IV.2. Etalonarea lochurilor. Determinarea distanţei parcurse …..………... 113IV.3. Elicea navei ca loch. Determinarea vitezei navei după numărul de

rotaţii ale elicei ……………………..…………………………….... 116IV.4. Metoda lochului improvizat ………………………………………… 121IV.5. Lochul ultrason Doppler ……………………………………………. 122IV.6. Sonda simplă ………………………………………………………... 127IV.7. Sonda mecanică ………………………………………………..…… 129IV.8. Sonda ultrason ……………………………………………………… 130

IV.8.1. Principiul măsurării adâncimii apei cu sonda ultrason .... 130 IV.8.2. Propagarea ultrasunetelor în apa de mare ........................ 131

4

IV.8.3. Emiţătoare şi receptoare de ultrasunete. Vibratoare ........ 135 IV.8.4. Poziţia vibratoarelor pe carena navei ............................... 137 IV.8.5. Principiul de funcţionare a sondei ultrason ...................... 139 IV.8.6. Utilizarea sondei ultrason în navigaţie. Interpretarea

indicaţiilor ........................................................................

142

CAPITOLUL V GENERALITĂŢI. LOXODROMA ŞI ORTODROMA. PROIECŢIA MERCATOR. CONDIŢII CARE SE CER UNEI HĂRŢI MARINE. CLASIFICAREA HĂRŢILOR MARINE. CONŢINUTUL HĂRŢILOR MARINE. CORECŢIA HĂRŢILOR MARINE. HARTA ELECTRONICĂ. SISTEMUL ECDIS. MIJLOACE PENTRU ASIGURAREA HIDROGRAFICĂ A NAVIGAŢIEI. SISTEMUL INTERNAŢIONAL DE BALIZAJ MARITIM LA REGIUNEA A DOCUMENTE NAUTICE. PĂSTRAREA ŞI ACTUALIZAREA DOCUMENTELOR NAUTICE

V.1. Generalităţi …………………………………………………………. 146V.2. Loxodroma şi ortodroma .................................................................... 147V.3. Proiecţia mercator ............................................................................... 148

V.3.1. Elipsoidul terestru în proiecţia Mercator ……………… 152 V.3.2. Măsurarea distanţelor pe harta Mercator. Scara

distanţelor ……………………………………………… 156 V.3.3. Scara hărţii Mercator. Clasificarea hărţilor marine după

scară ……………………………………………………. 156 V.3.4. Construcţia reţelei cartografice în proiecţie Mercator …. 157 V.3.5. Construcţia reţelei cartografice pentru o zonă limitată … 165

V.4. Clasificarea hărţilor marine ………………………………………… 166 V.4.1. Hărţile marine de navigaţie …………………………….. 167 V.4.1.1. Conţinutul hărţilor marine de navigaţie …… 168 V.4.1.2. Gradul de exactitate al hărţilor marine …….. 176 V.4.1.3. Corectarea hărţilor marine de navigaţie …… 180 V.4.2. Hărţi marine auxiliare ………………………………….. 182

V.5. Mijloace pentru asigurare hidrografică a navigaţiei ………………... 186V.6. Sistemul internaţional de balizaj maritim Iala regiunea A …………. 187

V.6.1. Principiile generale ale sistemului de balizaj maritim …. 187 V.6.2. Regulile sistemului de balizaj maritim ………………… 189 V.6.2.1. Generalităţi ………………………………… 189 V.6.2.2. Semnele laterale …………………………… 190 V.6.2.3. Semnele cardinale …………………………. 195 V.6.2.4. Semnele de pericol izolat ………………….. 198 V.6.2.5. Semnele de ape sigure …………………...… 199 V.6.2.6. Semnele speciale ………………………….. 200 V.6.2.7. Pericole noi ………………………………... 201

V.7. Documente nautice …………………………………………………. 201V.8. Corectarea documentelor nautice …………………………………...

205

6

CAPITOLUL I

GENERALITĂŢI; FORMA ŞI DIMENSIUNILE PĂMÂNTULUI;

ELEMENTELE SFEREI TERESTRE ŞI ELIPSOIDULUI TERESTRU; SISTEMUL DE COORDONATE GEOGRAFICE; DIFERENŢE DE

COORDONATE GEOGRAFICE; DEPLASAREA EST-VEST; UNITĂŢI DE MĂSURĂ UTILIZATE ÎN NAVIGAŢIE;

REPREZENTAREA ELEMENTELOR SFEREI TERESTRE.

I.1. Generalităţi De-a lungul timpului, rezolvarea practică a principalelor probleme privind meşteşugul, arta şi mai târziu - ştiinţa conducerii navei au conferit uneia din componentele acestei ştiinţe - Navigaţia - coeficienţi acceptabili de precizie necesari pentru determinarea coordonatelor geografice direcţiilor şi distanţelor pe mare, precum şi pentru măsurarea adâncimii apei. Această precizie a crescut o dată cu cunoaşterea aprofundată a cunoştinţelor topografice despre PĂMÂNT.

I.2. Forma şi dimensiunile pământului Datorită reliefului, forma Pământului este neregulată, aceasta neputând fi încadrată într-o formă geometrică cunoscută, fără a se face anumite aproximaţii. Aceste neregularităţi însă sunt neînsemnate în raport cu distanţa de la centrul Pământului şi respectivele neregularităţi. Pentru calcularea diferintelor elemente necesare în ştiinţele aplicate care au ca obiect de studiu PĂMÂNTUL (geodezia, astronomia, ortografia, navigaţia etc.) este necesar ca forma Pământului să fie aproximată ca o formă/imagine geometrică regulată. Un prim pas în această aproximare l-a constituit asimilarea reliefului PĂMÂNTULUI la o formă geometrică regulată, imaginându-se / considerând că suprafaţa sa, se confundă cu nivelul mediu al oceanelor prelungit pe sub continente şi învelit întreg globul terestru. Această figură imaginară poartă numele de geoid şi constituie obiectul de studiu al geodeziei - figura 1.

7

Faţă de această suprafaţă se poate determina poziţia oricărui punct prin proiecţia punctului pe suprafaţa de nivel al geoidului (suprafaţa geoidului este normală în orice punct al ei la verticala locului şi constituie nivelul de referinţă faţă de care se exprimă altitudinile punctelor de pe suprafaţa terestră; din această cauză geoidul se mai numeşte suprafaţa de nivel de altitudine zero. Geoidul se poate obţine prin determinarea verticalei locului în diferite puncte ale globului terestru, faţă de care suprafaţa geoidului se consideră normală şi prin stabilirea nivelului mediu al mării, acolo unde această operaţie este posibilă. Observaţiile geodeziei au relevat însă faptul că direcţia verticalei locului, ca şi intensitatea câmpului gravitaţional, nu variază regulat pe suprafaţa PĂMÂNTULUI, datorită repartiţiei neuniforme a densităţii maselor din constituţia PĂMÂNTULUI, atât din compoziţia scoarţei terestre, cât şi în profunzime. Acest fapt face ca geoidul să nu prezinte o suprafaţă geometrică regulată, în aceste condiţii determinarea mărimilor unghiulare şi a distanţelor între diferitele puncte terestre reprezentate pe geoid ar implica anumite dificultăţi, ca urmare a faptului că geoidul nu se poate supune unor relaţii geometrice precise. Studiul acestei suprafeţe (geoidul) ne arată că din punct de vedere al formei, se apropie de o sferă care prezintă o uşoară turtire la poli şi o bombare la ecuator.

Fig. 1 Geoid

Verticala locului A

Verticala locului B

8

În rândul ştiinţelor aplicate, în cadrul cărora face parte şi NAVIGAŢIA, într-o primă aproximare Pământul se poate considera o sferă, însă când calculele impun o mai mare precizie (în astronomie, hidrografie) trebuie să efectuăm o a doua aproximaţie, Pământul considerându-se din punct de vedere al formei: elipsoid de revoluţie (elipsoid terestru). Geoidul se înscrie într-un elipsoid se poate observa că aceste corpuri diferenţele de nivel nefiind mai mari de 150m (măsurate pe verticala locului) deci practic, neglihjabil. Se poate trage concluzia că elipsoidul este corpul geometric cel mai apropiat de geoid. Elipsoidul de revoluţie reprezentând elipsoidul terestru se obţine prin rotirea elipsei PQ P’Q’ în jurul axei mici PP’ unde: PP’ - axa de rotaţie a Pământului de la vest la est (axa polilor tereştri) P - polul nord P’ - polul sud PQ P’Q’ - elipsă meridiană (rezultă din intersecţia elipsoidului terestru cu un plan care conţine axa polilor) PQP’ şi PQ’P’ - meridiane (jumătăţile de elipsă cuprinde între ei doi poli). Meridianul care trece prin observatorul astronomic de la GREENWICH (de lângă Londra) se numeşte meridian GREENWICH, meridian zero, primul meridian sau meridian internaţional. Planul ecuatorului terestru: este determinat prin rotirea semiaxei mare (a) a elipsei. Cercul mare ecuatorial (Ecuatorul terestru): intersecţia planului ecutorial terestru cu suprafaţa elipsoidului. Cerc paralel (Paralel): intersecţia elipsoidului terestru cu un plan perpendicular cu axa polilor, paralel cu planul ecuatorului terestru. Elipsoidul terestru datorită diferenţelor foarte mici dintre semiaxa mare şi mică, care se poate omite, neglija se apropie foarte mult de o sferă de unde şi numele de sferoid terestru. În tabelul 1 se prezintă elementele elipsoidului terestru prezentate de diferiţi oameni de ştiinţă.

Fig. 2 Elementele geoidului

P

9

Acest aspect de sferoid este scos în evidenţă şi de comparaţia între lungimea ecuatorului terestru 40077 km şi lungimea elipsei meridiane (40009 km) care sunt sensibil egale. Tabelul 1

Elementele elipsoidului terestru determinate de diferiţi oameni de ştiinţă

Autorul Anul Semiaxa mare

a (în metri)

Semiaxa mică b

(în metri)

Turtirea

α

Everest 1830 6377276 6356075 1/300.8

Bessel 1841 6377397 6356079 1/299.2

Airy 1849 6377563 6356257 1/299.3

Clarke 1866 6378206 6356584 1/295.0

Helmert 1906 6378200 6356818 1/298.3

Hayford (“elipsoidul internţional") 1910 6378388 6356912 1/293.0

Krasovski 1940 6378245 6356863 1/297.0

În NAVIGAŢIE, Pământul se consideră de forma unei sfere denumită sferă terestră. Asimilarea geoidului cu elipsoidul de revoluţie s-a făcut din necesitatea obţinerii unei suprafeţe regulate, care să poată fi supusă unor relaţii matematice riguroase. Asimilarea elipsoidului terestru cu sfera terestră s-a efectut pe baza constatării diferenţei, practic neînsemnate, între cele două suprafeţe, în scopul simplificării rezolvării problemelor în navigaţie şi cartografie (proprietăţile geometrice ale sferei sunt mai simple decât ale elipsoidului). Sfera terestră este egală cu o sferă care are volumul egal cu cel al elipsoidului terestru. Raza sferei terestre (R) se calculeză din egalitatea dintre volumul sferei terestre şi cel al elipsoidului terestru

baR 23

43

34 ππ = (1)

⇒

kmbaR 63613 2 ≅= (2)

10

aceeaşi rază (R) se poate calcula şi din semisuma semiaxelor elipsoidului terestru de referinţă.

kmbaR 63682

≅+

= (3)

I.3. Elementele sferei terestre

Sfera terestră ca şi elipsoidul terestru este definită de următorele elemente - figura 3. PNPS - axa polilor (în jurul acestei axe, Pământul se roteşte de la V la E) PN - polul nord PS - polul sud Planul ecuatorului terestru este perpendicular pe axa polilor ce trece prin centrul Pământului. Intersecţia lui cu suprafaţa sferei terestre determină un cerc numit ecuatorul terestru. ⇒ Emisfera nordică (conţine PN) Emisfera sudică (conţine Ps)

Fig. 3 Elementele sferei terestre

11

Cerc paralel (pralel) este intersecţia sferei terestre cu un plan oarecare, paralel cu planul ecutorului terestru, perpendicular deci pe axa polilor. Intersecţia sferei terestre cu un plan care conţine axa polilor determină un plan mare (PNQ PSQ’). Meridian - semicercul cuprins între cei doi poli (PNQ PS). Antimeridian - semicercul opus, cuprins în acelaşi plan (PNQ’ PS). Meridianul Greenwich (meridianul zero, primul meridian sau meridianul internaţional) împarte sfera terestră în două emisfere: emisfera estică şi emisfera vestică. Dacă se află pe meridianul Greenwich cu faţa spre Polul Nord emisfera estică este situată în drepta, iar emisfera vestică în stânga. Antemeridianul meridianului 0 este meridianul 1800 sau meridianul de schimbare a datei.

I.4. Sistemul de coordonate geografice Putem determina poziţia oricărui punct de pe suprafaţa sferei terestre în raport de două cercuri mari ale căror planuri sunt reciproc perpendiculare - figura 4:

- ecuatorul terestru - meridianul Greenwich

deoarece orice punct (în exemplu nostru A sau B) se află la intersecţia unui pralel cu un meridian denumit în navigaţie paralelul locului şi meridianul locului.

Fig. 4 Determinarea poziţiei unui punct de pe suprafaţa sferei terestre

şi meridianul Greenwich.

12

Paralelul locului se determină prin latitudinea sa iar meridianul locului prin longitudinea sa. Rezultă că poziţia oricărui punct pe suprafaţa Pământului se determină deci cu ajutorul a două coordonate: latitudinea şi longitudinea, denumite coordonate geografice. Latitudinea unui punct pe suprafaţa Pământului este arcul de meridian sau unghiul la centru corespunzător, măsurat de la ecutor până la paralelul locului. Latitudinea punctului A deci este egală cu arcul MA’unghiul MOA. Toate punctele situate pe acelaşi paralel au aceeaşi latitudine; de aceea, cercurile paralele pe sfera terestră mai poartă denumirea şi paralele de latitudine. Latitudinea poate lua valori cuprinse între 00 (la ecuator) şi 900 (la poli). Latitudinea se consideră nordică sau pozitivă dacă punctul este situat în emisfera nordică sau negativă, dacă locul se află în emisfera sudică. Se notează cu simbolul ϕ, astfel: NA 5.3244 '0=ϕ sau 5.3244 '0+=Aϕ SB 0.4951 '0=ϕ sau 0.4951 '0−=Bϕ Deoarece verticala locului, normala la suprafaţa sferei terestre, în punctul considerat, trece prin centrul Pământului, latitudinea mai poate fi definită şi ca unghiul dintre verticala locului şi planul ecuatorului. Longitudinea unui punct pe suprafaţa Pământului este arcul de ecuator terestru sau unghiul la centru corespunzător, măsurat de la meridianul Greenwich spre est sau vest, până la meridianul locului. Longitudinea punctului A este egală deci cu arcul TM = unghiul TOM. Toate punctele situate pe acelaşi meridian au aceeaşi longitudine. Longitudinea mai poate fi definită şi ca unghiul sferic (la poli) cuprins între polul meridianului Greenwich şi planul meridianului locului, căutat spre est sau vest. Longitudinea poate lua valori de la 00 (punctele situate pe meridianul Greenwich) până la 1800 (punctele situate pe meridianul 1800); longitudinea este considerată estică sau pozitivă, dacă locul este situat în emisfera estică şi vestică sau negativă, dacă punctul se află în emisfera vestică. Se notează cu λ astfel:

13

EA 7.2333 '0=λ sau 7.2338 '0+=Aλ WB 2.4829 '0=λ sau 2.4829 '0−=Bλ În anul 1884 la conferinţa internaţională de la Washington a fost stabilit ca meridian de origine pentru măsurarea longitudinilor Meridianul Greenwinch. La intersecţia paralelului locului, determinat de latitudine cu meridianul locului determinat de longitudine se obţine poziţia punctului considerat pe sfera terestră. În navigaţie coordonatele geografice ale poziţiei navei se exprimă la precizie de 0.1; în situaţiile în care coordonatele geografice sunt folosite ca elemente de calcul, se recomandă să fie notate cu semnele lor algebrice (+ sau -) şi nu cu semnele de căutare (N, S, E, W) pentru a uşura efectuarea operaţiilor.

I.5. Diferenţe de coordonate geografice Poziţiile reciproce a două puncte pe sfera terestră se determină cu ajutorul diferenţelor, lor de coordonate: diferenţa de longitudine şi diferenţa de longitudine. Se consideră că o navă merge de-a lungul meridianului locului din punctul de plecare A - figura 5a - până în punctul B; se observă că longitudinea rămâne neschimbată pe tot parcursul, latitudinea însă se schimbă.

Fig. 5 Diferenţe de coordonate

a b c

14

Latitudinea punctului B este diferită de cea a punctului A cu o cantitate egală cu măsura arcului AB = unghiul AOB, care poartă denumirea de diferenţa de latitudine. Diferenţa de latitudine poate fi definită, ca fiind arcul de meridian sau unghiul la centru corespunzător, cuprins între paralelul punctului de plecare şi paralelul punctului de sosire. Diferenţa de latitudine a două puncte se notează cu ∆ϕ. Notând latitudinea punctului de plecare A cu ϕ1 şi a punctului de sosire B cu ϕ2, rezultă că valoarea diferenţei de latitudine ∆ϕ este dată de relaţia algebrică: 12 ϕϕϕ −=∆ (4) Diferenţa de latitudine poate lua valori cuprinse între 00 şi 1800, spre nord sau sud; diferenţa de latitudine ia valoarea de 1800 când s-ar realiza deplasarea din Polul nord până la Polul sud sau invers. Diferenţa de latitudine se consideră pozitivă sau nordică (şi se notează cu + sau N), dacă nava - în raport cu paralelul locului, se deplasează spre Polul nord; diferenţa de latitudine se consideră negativă sau sudică (şi se notează cu – sau S), dacă nava - în raport cu paralelul locului, se deplasează spre Polul sud. De exemplu: 4.173 '0+=∆ϕ sau N4.173 '0=∆ϕ

6.234 '0−=∆ϕ sau S6.234 '0=∆ϕ

Să considerăm acum că o navă se deplasează de-a lungul paralelului locului, din punctul de plecare C (fig. 5b) până la punctul de sosire D: se observă că latitudinea locului rămâne aceeaşi pe tot parcursul, longitudinea însă se schimbă. Longitudinea punctului C este diferită de cea a punctului D cu o cantitate egală cu măsura arcului MN = unghiul MON, care poartă numele de diferenţă de longitudine. Diferenţa de longitudine poate fi definită, deci, ca fiind arcul de ecuator sau unghiul la centru corespunzător, cuprins între meridianul punctului de plecare şi meridianul punctului de sosire.

15

Diferenţa de longitudine mai poate fi definită ca unghiul sferic (la pol), format între meridianul punctului de plecare şi meridianul punctului de sosire. Diferenţa de longitudine se notează cu ∆λ. Notând longitudinea punctului de plecare C cu λ1 şi longitudinea punctului de sosire D λ2, rezultă că vloarea diferenţei de longitudine este dată de relaţia algebrică: 12 λλλ −=∆ (5)

Diferenţa de longitudine poate lua valori cuprinse între 00 şi 1800, spre est sau vest. Diferenţa de longitudine se consideră pozitivă sau estică (şi se notează cu + sau E), dacă nava, în raport cu meridinul locului, se deplasează spre est; diferenţa de longitudine se consideră negativă sau vestică (şi se notează cu – sau W), dacă nava, în raport cu meridianul locului, se deplasează spre vest. De exemplu: 5.324 '0+=∆λ sau E5.324 '0=∆λ

'0101−=∆λ sau W'0101=∆λ

Este necesar să se sublinieze faptul că diferenţa de longitudine poate lua valori numai până la 1800; în cazul punctelor C şi D deci, diferenţa de longitudine este egală cu măsura arcului MN şi nu cu cea a arcului MQ’QN. În cazul când nava se deplasează între două puncte E şi F (fig. 5 c) situată pe meridine şi paralele diferite, se realizeză atât o diferenţă de latitudine

( )GOFunghiulGF ==∆ϕ , cât şi o diferenţă de longitudine ( )HOIunghiulHI ==∆λ .

Diferenţele de coordonate ∆ϕ şi ∆λ, aşa cum s-a arătat mai sus, se obţin scăzându-se algebric coordonatele punctului de plecare din coordonatele punctului de sosire. În practica nvigaţiei, se pot pune două probleme în legătură cu poziţiile reciproce a două puncte pe suprafaţa Pământului şi anume: 1 - determinarea diferenţei de latitudine şi a diferenţei de longitudine, considerându-se coordonatele punctului de plecare şi ale celui de sosire.

16

Considerând punctul de plecare E de coordonte cunoscute ϕ1 şi λ1 şi punctul F, de coordonate ϕ2 şi λ2, diferenţele de coordonate se obţin din relaţiile (4) şi (5):

12 ϕϕϕ −=∆ 12 λλλ −−∆

2 - determinarea coordonatelor punctului de sosire, cunoscându-se coordonatele punctului de plecare şi diferenţele de coordonate. Considerând cunoscute coordonatele ϕ1 şi λ1 ale punctului de plecare E şi diferenţele de coordonate ∆ϕ şi ∆λ, realizate prin deplasarea navei, coordonatele ϕ2 şi λ2 ale punctului de sosire F se obţin din relaţiile algebrice:

ϕϕϕ ∆+= 12 (6) λλλ ∆+− 12 (6’)

Exemplul 1: O navă pleacă din punctul A de coordonate '0

1 2844+=ϕ ; '01 1030+=λ şi

soseşte în punctul B, de coordonate '02 2243+=ϕ ; 5.3531 '0

2 +=λ . Se cer

diferenţele de coordonate ∆ϕ şi ∆λ. Rezolvare: '0

2 2243+=ϕ 5.3531 '02 +=λ

'02 2344+=−ϕ 0.1030 '0

1 +=− λ

'0061−=∆ϕ 5.251 '0+=∆λ

Exemplul 2: O navă pleacă din punctul C de coordonate '0

1 1242+=ϕ ; '01 3131+=λ şi

realizează o diferenţă de latitudine '0212+=∆ϕ şi o diferenţă de longitudine '0181−=∆λ . Să se clculeze coordonatele punctului de sosire ϕ2 şi λ2.

Rezolvare: '0

1 1242+=ϕ '01 3131+=λ

'0212+=∆+ ϕ '0181−=∆+ λ

'02 3344+=ϕ '0

2 1330+=λ

17

I.6. Unităţi de măsură folosite în navigaţie

I.6.1. Unităţi de lungime deduse de măsurători geodezice I.6.1.A. Metrul Metrul este unitatea de măsură pentru spaţiu care reprezintă 1/10.000.000 din lungimea cadranului de meridian terestru. Sistemul metric a fost creat în anul 1795; în urma măsurătorilor efectuate în acea perioadă s-a stabilit lungimea metrului şi s-a construit aşa numitul metru etalon, care a fost adoptat ca unitate de măsură de Conferinţa internaţională de măsuri şi greutăţi ţinută la Paris în anul 1899. La sfârşitul secolului al XX-lea, metrul etalon a fost înlocuit cu prototipul internaţional din platină, de forma unei bare, depus la pavilionul de măsuri şi greutăţi din Sevres şi denumit metru legal. Metrul legal este definit ca lungimea prototipului internaţional din platină la temperatura de 00C. Măsurătorile şi calculele geodezice efectuate ulterior au stabilit că metrul legal nu corespunde cu rigurozitate raportului arătat faţă de lungimea meridinului eliptic, astfel, lungimea metrului legal este mai mică cu 0,23 mm faţă de 1/10 000 000 parte a cadranului meridianului eliptic al elipsoidului internaţional de referinţă. Pentru a nu se modifica întreg sistemul metric, cu multiplii şi submultiplii lui, în scopul de a-l pune mereu de acord cu noile rezultate obţinute de geodezie privind lungimea meridianului terestru, s-a hotărât să se menţină metrul legal adoptat de conferinţa internaţională amintită. În documentaţia de navigaţie românească, precum şi în cea aparţinând celorlalte state europene, cu excepţia celei engleze şi irlandeze, metrul este folosit pentru a indica adâncimea apei şi înălţimea reperelor de navigaţie. De asemenea, metrul constituie unitatea de măsură de referinţă pentru toate celelalte unităţi de măsură specifice navigaţiei, precum şi pentru sistemul anglo-saxon.

18

I.6.1.B. Mila marină Mila marină (Mm) este lungimea arcului de meridian terestru la latitudinea de 450. Este folosită în navigaţie pentru măsurarea distanţelor. Lungimea arcului (S) de meridian de 1’ variază în funcţie de latitudinea elipsoidului terestru ϕ2cos3.93.1852 −=S (7) între 1 843 m la ecuator şi 1861.6 m la poli. Lungimea arcului de meridian terestru la latitudinea de 450 este de 1852.3 m. Conferinţa hidrografică internaţională din anul 1929 a adoptat lungimea milei marine de 1852 m; această valoare reprezintă lungimea la precizie de metru, a arcului de meridian terestru la latitudinea de 450. Valoarea de 1852 m milei marine reprezintă, de asemenea, lungimea la precizie de metru a arcului de meridian de 1’ al sferei terestre, dată de expresia:

mbaRMm 3.185260360

260360

21 '0

3 2

'0 =⋅

=⋅

=ππ (8)

în care a şi b sunt egale cu valorile semiaxelor elipsoidului internaţional. Lungimea arcului de meridian de 1’ pe sfera terestră este constantă, indiferent de latitudine şi este egală cu lungimea oricărui arc de cerc mare de aceeaşi măsură. Ţara noastră, ca şi o serie de alte state europene, între care Uniunea Sovietică, Franţa, GERMANIA, Spania şi Suedia, au adoptat lungimea milei marine, de 1852 m. În marina engleză, mila marină se consideră egală cu lungimea arcului de meridian de 1’ la latitudinea la care se află nava; pentru o navă care navigă în apele Marii Britanii, mila marină se consideră egală cu 1853,182 m, reprezentând lungimea arcului de meridian terestru de 1’ la latitudinea de 450. În S.U.A., mila marină se consideră egală cu 1853,248 m, reprezentând lungimea arcului de meridian de 1’ al sferei terestre, de o suprafaţă egală cu cea a elipsoidului terestru. În Italia, Danemarca şi Olanda, mila marină are valoarea egală cu 1851,85 m, reprezentând lungimea unui arc de 1’ din cadranul de meridian considerat de 10 000 000 m; deci:

19

mmMm 85.85116090

000000101 '0 =×

= (9)

Diferenţele dintre măsurile milei marine adoptate în diferitele ţări, aşa cum s-a arătat mai sus, sunt neglijabile în practica navigaţiei. Mila marină are un submultiplu şi un multiplu, astfel:

- cablul = 1/10 din mila marină = 185,2 m; - leghea marină = 3 mile marine = 5 556 m, unitate de măsură care

nu se mai utilizează în navigaţie. Observaţii: Noţiunea de milă, ca unitate de măsură pentru distanţe, se exprimă şi în alte forme, între care principalele sunt: a. mila ecuatorială, egală cu lungimea arcului (Se) de ecuator de 1’ a elipsoidului terestru. Ştiind că raza ecuatorului este egală cu semiarcul mare a elipsoidului terestru, lungimea milei ecuatoriale este dată de relaţia:

maecaaSe 39.1855

75.34371cos1sin '

' ===⋅= (10)

Mila ecuatorială corespunde lungimii arcului de meridian eliptic de 1’ la latitudinea de aproximativ 450. b. mila statuară, unitatea de măsură utilizată în Anglia şi S.U.A., care nu are nici o relaţie cu dimensiunile Pământului; se foloseşte pentru măsurarea distanţelor la uscat. Are lungimea de 1 609.343 m = 5 280 picioare. I.6.2. Unităţi de lungime anglo-saxone folosite în navigaţie Cu excepţia milei marine, explicată mai sus, unităţile de lungime folosite în documentaţia de navigaţie engleze avute în uz şi la bordul navelor noastre maritime comerciale constituie obiectul unor definiţii convenţionale fără a avea raporturi determinate cu dimensiunile Pământului. În Anglia, unitatea de referinţă este yardul = 0,914 m. Yardul este distanţa între două semne de aur, marcate pe o bară de bronz, la tempertura de 620F (=1202/3 C), denumită “Imperial Standard Yard”.

20

Yardul are cinci multipli şi cinci submultipli, între care în navigaţie prezintă importanţă doar următorii:

- piciorul = 0,3048 m, reprezentând 1/3 dintr-un yard; - inci = 0,0254 m = 25,4 mm, egal cu 1/12 dintr-un picior, respectiv

1/36 dintr-un yard. Pescajul prova (T pv) al unei nave, de exemplu, de 23 picioare şi 6 inci se notează astfel: '''0623=Tpv folosind deci semnele pentru minutul şi secunda de arc;

- braţul = 1.83 m, egal cu 2 yarzi, respectiv cu 6 picioare. Braţul se foloseşte la exprimarea adâncimii apei în hărţile marine. Braţul este aproximativ 1/1000 parte dintr-o milă marină;

- cablul = 183 m, egal cu 100 braţe, 200 yarzi, respectiv 600 picioare. Are valoarea apropiată de cablul definit mai sus, ca submultiplu al milei marine, de 1/10 parte din mila marină (= 185.2 m).

Tablele Nautice folosite la bordul navelor conţin diferite table pentru transformarea unităţilor de măsură din sistemul metric în sistemul englez invers. I.6.3. Unităţi de măsură a vitezei navei Nodul este unitatea de măsură pentru viteza navei. Se consideră că o navă merge cu viteza de un nod (Nd), atunci când parcurge distanţa de o milă marină în timp de o oră; deci 1 Nd = 1 Mm/h. În rezolvarea diferitelor probleme de navigaţie se pune deseori problema transformării vitezei navei din noduri, în metri pe secundă sau cabluri pe minut şi invers. Transformarea nodurilor în metri pe secundă şi invers. O navă care merge cu viteza de 1 Nd parcurge 0,514 m/s sau aproximativ 0,5 m/s, deci:

( ) ( ) ( ) ( )smnsmnhMmnNdn /2

/514.0/ ≅==

Rezultă că pentru a transforma viteza navei din noduri în metri pe secundă, se împarte numărul nodurilor la doi. Invers, pentru a transforma viteza din m/s în noduri, se înmulţeşte viteza în m/s cu doi. Aproximaţia operaţiei satisface nevoile practice ale navigaţiei pentru cazurile în care se aplică.

21

Exemplu: smNdV /8161 ≅= NdsmV 13/5.62 ≅= Transformarea nodurilor în cabluri pe minut (cab./min.) şi invers. O navă care merge cu viteza de n (Nd) = n (Mm/h) parcurrge n⋅10 cabluri pe oră (considerând cablul = 1/10 din mila marină), deci:

( ) ( ) ( ) ( )....min/.6

.min/.60

10/.10/ cabncbnhcabnhMmn ==⋅= (11)

Rezultă că pentru a transforma viteza navei din noduri în cabluri pe minut, se împarte numărul nodurilor la şase. Invers, pentru a transforma viteza navei din cabluri pe minut în noduri, se înmulţeşte viteza în cabluri pe minut cu şase. Exemplu: .min/.3181 cabNdV == .12.min/.22 NdcbV ==

22

CAPITOLUL II

PLANE ŞI LINII PRRINCIPALE ALE OBSERVATORULUI

PE SFERA TERESRĂ; DRUMURI ŞI RELEVMENTE: DEFINIŢII, REPREZENTĂRI, RELAŢII. SISTEME DE CONTARE A

DRUMURILOR ŞI RELEVMENTELOR. ORIZONTUL GEOMETRIC VIZIBIL DE RADIOLOCAŢIE. DISTANŢA LA CARE UN REPER DE

NAVIGAŢIE APARE LA LINIA ORIZONTULUI

II.1 Plane şi linii prrincipale ale observatorului pe sfera terestră

A - punctul observatorului pe meridianul PNQ’PS al sferei terestre, având latitudinile O’A (figura 6). Verticala locului este distanţa care uneşte punctul observatorului cu centrul sferei terestre, este materializată de firul cu plumb liber suspendat sub acţiunea gravitaţiei Pământului. Dacă ea este prelungită la infinit înţeapă sfera cerească în două puncte: zenitul (z) deasupra creştetului observatorului şi

Fig. 6 Planele şi liniile principale ale observatorului pe sfera terestră

Linia N-S

Primul vertical

Planul meridianului

adevărat al locului

Orizontul adevărat

al observatorului

23

nadinul (Na) în sens opus. Din acest motiv şi linia verticalei locului se mai numeşte şi Linia zenit nadir. Planele care conţin verticala locului se numesc plane verticale sau verticale Palnul meridianului adevărat al locului conţine verticala locului. Meridianul adevărat al locului sau meridianul locului (PNQPS) - intersecţia planului meridianului adevărat al locului cu sfera terestră. Orizont - orice plan perpendicular pe verticala locului. Orizontul adevărat al observatorului este planul orizontal care trece prin ochiul observatorului A. Orizontul astronomic (HH’) este planul orizontal care trece prin centrul sferei terestre. Linia Nord-Sud (N-S) este dreapta de intersecţie dintre planul meridianului locului cu planul orizontului adevărat. Sensul nordic al acestei linii este determinat de direcţia polului nord în raport cu poziţia observatorului. Direcţia Nord adevărat este direcţia AN, referindu-se la faptul că este determinată de planul meridianului adevărat al observatorului (în acest caz, punctul cardinal nord este norat prin Na). Linia est-vest este dreapta de intersecţie dintre planul orizontului adevărat al observatorului cu primul vertical; se numeşte linia E-V. Sensul E şi V al acestei linii este următorul. Dacă observatorul A se află cu faţa spre N, sensul E este spre dreapta iar sensul V este spre stânga. Linii sau direcţii cardinale sunt liniile N-Sşi E-V. Liniile cardinale sunt determinate în orice punct al sferei terestre, cu excepţia cazului când observatorul se află în unul din polii terestrii. În acest caz verticala locului se confundă cu axa polilor terestri, astfel că planul meridianului locului nu mai este un plan determinat. Planul meridianului locului fiind nedeterminat, înseamnă că nici liniile N-S şi E-V nu mai pot fi stabilite în planul orizontului adevărat. Liniile N-S şi E-V împart orizontul adevărat al observatorului în patru cadrane. Denumirea fiecărui cadra are ca origine linia N-S şi ca sens Estul şi Vestul deci: cadranul nord-est (N-E), cadranul sud-est (SE), cadranul sud-vest (S-V) şi cadranul nord-vest (NV).

24

Liniile şi planele definite mai sus sunt proprii poziţiei fiecărui observator pe sfera terestră.

II.2. Drumuri şi relevmente II.2.1. Drum adevărat, relevment adevărat, relevment prova Pentru definirea drumurilor şi relevmentelor considerăm un observator la bordul unei nave în punctul A pe suprafaţa sferei terestre (figura 7a), nava se deplasează cu prova pe direcţia punctului B având în vedere farul F. Drumul adevărat al navei (Da) reprezintă unghiul sferic cu vârful în A, format între meridianul adevărat al locului şi arcul de cerc mare AB determinat prin intersecţia sferei terestre cu planul diametral al navei. Relevment adevărat (Ra) sau direcţia la farul F reprezintă unghiul sferic cu vârful în A, format între meridianul adevărat al locului şi arcul de cerc mare AF. Avându-se în vedere faptul că distanţele la obiectele vizibile de la bordul navei sunt relativ mici şi că deplasarea navei în acelaşi drum se face pe distanţe limitate, în practica navigaţiei drumurile şi relevmentele se exprimă cu unghiuri plane formate în planul orizontului adevărat al observatorului; direcţiile care determină aceste unghiuri plane sunt obţinute prin intersecţia orizontului adevărat al observatorului; direcţiile care determină aceste unghiuri plane sunt obţinute prin intersecţia orizontului adevărat al observatorului cu cele 3 plane verticale care conţin meridianul adevărat al locului şi acele de cerc mare AB şi respectiv Af (figura 7 b).

Fig. 7 a.

25

În acest caz definiţiile devin: Drumul adevărat al navei reprezintă unghiul în planul orizontului adevărat format între direcţia nord adevărat şi axa longitudinală a navei. În figura 7 b drumul adevărat al navei este unghiul NaAB = Da, acest unghi determinând direcţia de deplasare a navei în raport cu meridianul locului. Relevmentul adevărat (Ra) reprezintă unghiul în planul orizontului adevărat format între direcţia Nord adevărat şi direcţia la obiect. Astfel relevmentul adevărat la farul F este unghiul NaAF = Ra. Acest unghi determină direcţia la obiect în raport cu meridianul locului. Din cele prezentate rezultă că pentru a face posibilă determinarea drumurilor şi relevmentelor, în practica navigaţiei este necesară stabilirea direcţiei nord adevărat în planul orizontului adevărat, materializarea liniei nord-sud la bordul navei se realizează cu compasul. Direcţiile la reperele de navigaţie, la aştri etc. mai pot fi determinate şi în raport cu axa longitudinală a navei. Unghiul dintre axa longitudinală a navei şi direcţia la un obiect se numeşte relevment prova (Rp), astfel relevmentul prova la farul F pentru observatorul situat în A este unghiul BAFa = Rp.

II.2.2. Sisteme de contare şi relaţiile între drumuri şi relevmente

Astăzi valorile unghiulare ale drumurilor şi relevmentelor se exprimă în gradul sexagesimale, spre deosebire de perioada velierelor când acestea se exprimau în carturi. Funcţia de originea şi sensul lor de măsurare în navigaţie se întâlnesc mai multe sisteme de contare a acestor unghiuri, din punct de vedere al originii şi sensului lor de măsurare. Principalele sisteme pentru măsurarea drumurilor şi relevmentelor din acest punct de vedere sunt:

Fig. 7 b.

26

- sistemul circular - sistemul cuadrantal - sistemul semicircular - sistemul cuadrantal în carturi.

II.2.2.1. Sistemul circular În navigaţia de astăzi, drumurile şi relevmentele se exprimă în grade sexagemale, contându-se de la direcţia N în sens retrograd putând lua valori între 0-3600 (figura 8). 00 reprezintă / indică direcţia NORD 900 reprezintă / indică direcţia Est 1800 reprezintă / indică direcţia SUD 2700 reprezintă / indică direcţia WEST Drumul adevărat reprezintă unghiul măsurat de la direcţia N în sens retrograd până la axul longitudinal al navei putând lua valori de la 00 la 3600 (Da). Relevmentul adevărat la un obiect se măsoară de la direcţia Nord în sens retrograd până la direcţia la obiect (Ra). Relevmentul prova la un obiect se măsoară de la direcţia nord în sens retrograd până la direcţia la obiect. Poate lua valori de la 00 la 3600 (Rp). Rp = 00 reprezintă / indică direcţia prova Rp = 900 reprezintă / indică traversul Td (⊥ Td) Rp = 1800 reprezintă / indică direcţia pupa Rp = 2700 reprezintă / indică traversul Bd (⊥ Bd). Din figura 8 putem deduce relaţiile care leagă Ra, Da, Rp. Acestea sunt: RpDaRa += (12) RpRaDa += (13) DaRaRp += (14) Relaţiile 12,13,14 îşi păstrează valabilitatea numai dacă cele 3 mărimi unghiulare sunt măsurate în sistemul circular.

Fig. 8 Sistemul circular de contare a drumurilor şi relevmentelor

27

II. 2.2.2. Sistemul cudrantal În acest sistem în grade orizontul adevărat este împărţit în cele patru cadrane: NE, SE, SW, NW. Drumurile şi relevmentele se contează de la direcţia Nord sau Sud (gradaţia 0) în sensurile E sau W putând lua valori de la 0-900 (figura 9). În această situaţie drumurile şi relevmentele se notează indicând cadranul de orizont (NE, SE, SW, NW) în care sunt cuprinse direcţiile respective şi mărimea unghiulară în grade. De foarte multe ori relevmentele prova se exprimă în acest sistem folosindu-se ca origine de contare direcţia prova sau pupa şi sensul Td sau Bd, putând lua valori de la 00 (direcţia prova) la 900 (travers Td sau Bd), figura 10. În acest caz relevmentele prova se exprimă indicând cadranul navei (Pv.Td, Pp.Td, Pp.Bd, Pv.Bd) în care sunt cuprinse direcţia la obiect şi mărimea unghiulară.

Fig. 9 Sistemul cudrantal de control a drumurilor şi relevmentelor

Fig. 10 Măsurarea relevmentelor prova în sistem cuadrantal

28

Exemplu: Rp = Pp Bd 600 la ob. N R.p = Pv Td 29 la ob. F Drumurile şi relevmentele se transform din sistemul cuadrantal în sistemul circular conform relaţiilor din tabelul 2. Tabelul 2

Relaţii de transformare a drumurilor a drumurilor şi relevmentelor din sistemul cuadrantal în sistemul circular

Da (Ra) în sistem

cuadrantal Da (Ra) în sistem

circular Rp în sistem cuadrantal

Rp în sistem circular

Da(Ra) = N En0 Da(Ra) = S En0

Da(Ra) = S Wn0 Da(Ra) = N Wn0

Da(Ra) = n0

Da(Ra) = 1800 - n0

Da(Ra) = 1800 + n0 Da(Ra) = 3600 - n0

Rp = Pv Td n0 Rp = Pp Td n0 Rp = Pp Bd n0 Rp = Pv Bd n0

Rp = n0

Rp = 1800 - n0 Rp = 1800 + n0 Rp = 3600 - n0

II. 2.2.3. Sistemul semicircular Acest sistem se foloseşte într-o măsură redusă şi doar pentru a exprima relevmentele prova. În acest sistem relevmentele prova se măsoară de la prova până la direcţia obiectului putând lua valori de la 00 la 1800 (direcţia pupa). Sensul de contare al acestora este retrograd, pentru obiectele aflate în traversul Td (RpTd) şi direct, pentru cele aflate în traversul (RpBd). Relaţia de legătură dintre Ra şi RpTd sau RpBd este: Td

BdRpDaRa ±= (15)

II. 2.2.4. Sistemul cudrantal în carturi Un cart reprezintă a 32-a parte din orizont deci rezultă că 4/111151132:3601 0'00 ===cart Exprimarea unghiurilor se face în sistem cuadrantal, deoarece fiecare cadru de orizont era împărţit în 8 carturi începând de la direcţia N şi Spre E şi W, figura 11.

29

Fiecare cart are o denumire proprie şi un număr de ordine de la 0 la 8 începând de la N la S spre E şi W.

Sistemul nu se foloseşte în mod curent astăzi în navigaţie.

II.3. Orizontul geometric vizibil de radiolocaţie a. Orizontul geometric

Ochiul observatorului la bordul navei se află la o anumită înălţime desupra nivelului mării. În figura 12 cosiderăm un observator în A, la înălţimea i deasupra nivelului mării, având poziţia A’ pe sfera terestră. Dacă Pământul nu ar fi înconjurat de atmosferă, locul punctelor celor mai depărtate de pe sfera terestră vizibile din A ar fi determinat de tangentele duse la ochiul observatorului la sfera terestră.

Cu alte cuvinte, aceste

puncte s-ar găsi pe cercul de tangenţă determinat prin circuscrierea sferei terestre cu un con a cărui axă s-ar confunda cu verticala locului, având vârful în ochiul observatorului A; acest cerc mic pe sfera terestră al punctelor B, având centrul pe verticala locului în C, este denumit orizont geografic sau orizont geometric.

Fig. 11 Împărţirea orizontului în carturi

Fig. 12 Orizontul geometric

Orizont geometric

Na

H H’

30

Distanţa din A la orizontul geometric este d’ = AB; în practica navigaţiei, dată fiind valoarea neânsemnată a lui i în raport cu d’, distanţa dintre poziţia A’ a observatorului pe sfera terestră şi orizontul geometric (A’B) se poate considera egală cu segmentul d’ = AB, care se obţine din triunghiul ABO, dreptunghic în B: 222 BOAOAB −= (16) ( ) 2222' 2 iRiRiRd +=−+= (17) Valoarea i2 poate fi practic neglijată, i fiind neânsemnat ca mărime în raport cu 2Ri; distanţa la orizontul geometric se obţine deci din relaţia: Rid 2' = (18) Orizontul geometric, ca şi toate celelalte orizonturi definite la II 3 sunt nişte plane imaginare. b. Orizontul vizibil Observatorul de la bordul navei, în condiţiile existenţei armosferei terestre, vede un singur orizont - determinat de linia aparentă care separă marea de cer, denumit orizont vizibil sau orizontul mării. Orizontul vizibil este situat mai departe decât orizontul geometric, datorită efectului refracţiei terestre. Refracţia terestră este fenomenul care cauzează devierea razei de lumină ce leagă două puncte de la suprafaţa Pământului, situate la altitudini diferite. Pentru a explica elementele care definesc orizontul vizibil, în fig. 13 considerăm observatorul A, în aceleaşi condiţii ca în fig. 12. Densitatea aerului în straturile inferioare ale atmosferei variază invers proporţional cu altitudinea; de aceea, o rază de lumină care pleacă din punctul D, aflat pe linia orizontului vizibil, trecând prin straturi atmosferice cu o densitate care scade cu altitudinea, este refractată şi ajunge în ochiul observatorului A parcurgând o curbă DA, denumită curbă de refracţie. Curba de refracţie DA are concavitatea spre Pământ şi este conţinută în planul vertical determinat de verticalele locului în punctele A’ şi D.

31

Observatorul considerat în A

vede punctul D al orizontului mării pe direcţia AD’, determinată de tangenta la curba de refracţie în punctul A. Curba de refracţie având concavitatea spre Pământ şi fiind conţinută în acelaşi plan vertical, rezultă că refracţia terestră modifică numai înălţimea aparentă a obiectivelor observate, fără a afecta relevmentele lor.

Unghiul format între planul orizontului adevărat al observatorului (HH’) şi direcţia la orizontul vizibil (AD’) se numeşte depresiunea orizontului vizibil (Depr.). Refracţia terestră este funcţie de diferenţa de densitate a straturilor inferioare ale atmosferei; diferenţa de densitate este dependentă în principal de temperatura, presiunea şi umiditatea acestor straturi atmosferice. Orizontul vizibil se poate considera ca un cerc mic pe sfera terestră, în ipoteza că refracţia terestră este aceeaşi pe întreg orizontul. Repartiţia orizontală neomogenă a maselor de aer care constituie straturile inferioare ale atmosferei poate da naştere unei refracţii terestre neuniforme, cu apariţia unei imagini frânte sau deformate a liniei orizontului vizibil; fenomenul poartă numele de miraj, putând lua forme optice foarte diferite.

II.4. Distanţa la care un reper de navigaţie apare la linia orizontului Pentru a face posibilă determinarea cu exactitate a distanţei la orizontul vizibil ar trebui să se stabilească cu rigurozitate traiectoria razei de lumină DA, adică a curbei de refracţie terestră. Aceasta ar implica cunoaşterea constituţiei atmosferei sau cel puţin a legii variaţiei densităţii, în diferitele ei straturi. Deoarece nu avem încă asemenea cunoştinţe despre atmosferă, studiul refracţiei terestre şi al efectelor ei nu se poate baza în prezent decât pe ipoteze.

Fig. 13 Orizontul vizibil

32

În consecinţă, determinarea distanţei d la orizontul vizibil se realizează prin stabilirea unei mărimi aproximative, valabilă pentru condiţiile medii de refracţie terestră, care se adaugă la distanţa d’ la orizontul geometric. Unghiul ρ format între tangentele la curba de refracţie în punctele A şi D, se numeşte unghiul refracţiei terestre. Mărimea acestui unghi nu poate fi stabilită cu precizie din motivele arătate mai sus; mărimea aproximativă a unghiului refracţiei terestre (ρ) se determină pe baza unor reguli stabilite experimental, care se verifică cu suficienţă precizie numai pentru distanţe relativ mici, de ordinul a câteva mile marine, la diferenţe de altitudine până la 25-30 m şi numai în condiţii atmosferice normale, care generează condiţii medii de refracţie terestră. Aceste reguli, denumite legile refracţiei terestre, sunt următoarele: - curba de refracţie terestră AD se asimilează cu un arc de cerc. Se admite deci că triunghiul ADE este isoscel, iar unghiurile formate în A şi D sunt egale. Notând acest unghi cu α, el se află cu ρ în următoarea relaţie:

2ρα = (19)

motiv pentru care este numit semiunghiul refracţiei terestre; - unghiul refracţiei terestre (ρ) este proporţional cu unghiul β, La centrul sferei terestre format între verticalele punctelor A şi D, respectând următoarea relaţie:

γβρβρ 2== sauk (20)

Coeficientul γ este numit coeficientul refracţiei terestre, valoarea lui variind între 0,04 şi 0,15 - în funcţie de condiţiile atmosferice. Pentru o stare atmosferică normală, care generează condiţii medii de refracţie terestră, se consideră cu valoarea sa medie de 0,08. Din relaţiile 19 şi 20 se observă că semiunghiul refracţiei terestre poate fi exprimat de egalitatea: γβα = (21)

Distanţa la orizontul vizibil (d) se consideră mai mare decât distanţa la orizontul geometric (d’) cu o mărime în funcţie de semiunghiul refracţiei terestre (α):

33

γβ+= 'dd

Pentru precizia necesară calculului, măsura unghiului β în minute de arc poate fi considerată egală cu distanţa d’ la orizontul geometric exprimată în mile marine. Deci: ( ) '''' 08.11 ddddd =+=+= γγ

Având în vedere relaţia care exprimă pe d’, obţinem:

Rid 208.1= (22) Pentru a obţine distanţa la orizontul vizibil (d) în mile marine, cunoscând înălţimea ochiului observatorului (i), în metri, se introduc factorii R şi i în relaţia de mai sus exprimaţi în mile marine:

MmR 75.3437=

( ) ( )1852

miMmi =

Deci:

( ) ( ) ( )mixmixxMmd ⋅=⋅

=1852

75.3437208.11852

753437208.1

de unde: ( ) ( )miMmd 08.2= (23)

Dacă înălţimea ochiului observatorului este exprimată în picioare, distanţa la orizontul vizibil în mile marine este dată de egalitatea: ( ) ( ).15.1 piciMmd = (24)

Avându-se în vedere că înălţimea ochiului observatorului situat pe puntea de comandă a unei nave maritime comerciale nu depăşeşte înălţimea de 25 m, iar distanţa la orizontul vizibil nu depăşeşte valoarea de 10 Mm rezultă că distanţa, la orizontul vizibil calculată pe baza relaţiei (23), prezintă o precizie satisfăcătoare, în condiţiile unei stări atmosferice normale.

34

Ecuaţia (23) este rezolvată în table nautice. În lipsa tablelor, calculul poate fi efectuat practic rezolvând formula aproximativă: ( ) ( )miMmd 2≅ (24) La bordul navelor maritime de transport, a căror linie de plutire are variaţii considerabile în funcţie de starea de încărcare, se impune a se stabili şi afişa în camera hărţilor - înălţimea punţii de comandă şi a punţii etalon, de unde se fac observaţiile în navigaţie deasupra liniei de plutire, la diferite pescaje; pentru a stabili înălţimea ochiului observatorului deasupra nivelului mării, rămâne ca navigatorul să adauge înălţimea proprie la înălţimea punţii de observaţie desupra liniei de plutire. Exemplul 1 Înălţimea ochiului observatorului deasupra nivelului mării este 5.5 m. Să se afle distanţa la orizontul vizibil. Utilizarea tablei 22 (MT-53). Se intră în coloana „înălţimea în mile”, distanţa la orizntul vizibil d’4.9 Mm.

35

CAPITOLUL III

DETERMINAREA DIRECŢIILOR LA BORDUL NAVEI.

MAGNETISMUL TERESTRU, DECLINAŢIA MAGNETICĂ. MAGNETISMUL NAVEI, DEVIAŢIA COMPAS.

DESCRIEREA ŞI FUNCŢIONAREA COMPASULUI MAGNETIC. CORECŢIA TOTALĂ COMPAS,CONVERTIREA

DRUMURILOR ŞI RELEVMENTELOR

III.1. Generalităţi asupra determinării direcţiilor la bordul navei Direcţiile în planul orizontului adevărat al observatorului se determină la bordul navei ca mărimi unghiulare în raport cu linia nord-sud, materializată cu ajutorul compasului. Determinarea direcţiilor la bord, a drumului navei – pentru deplasarea dintr-un punct în altul pe suprafaţa Pământului şi a relevmentelor necesare la stabilirea poziţiei navei, constituie problema fundamentală a navigaţiei. Compasul reprezintă deci instrumentul de cea mai mare inportanţă la bord. Compasul magnetic, a cărui funcţionare se bazează pe proprietatea acului magnetic liber suspendat de a se orienta pe direcţia liniilor de forţă ale câmpului magnetic sub a cărui influenţă se află, este primul tip de compas folosit la bordul navelor. Aportul lor în navigaţie este inestimabil; compasul magnetic a permis navigatorilor să se desprindă din vederea coastei şi să se avânte la larg, constituind una din realizările omului care şi-a adus cu prisosinţă contribuţia la făurirea istoriei lumii moderne. Construcţia navelor din fier a determinat necesitatea realizării compasului giroscopic. Compasul giroscopic este o instalaţie electromecanică complexă, constând în principiu dintr-un tor (un corp rotund de masă omogenă), liber suspendat printr-un sistem cardanic, care este rotit cu o viteză foarte mare de rotaţie; sub influenţa forţei de gravitaţie a Pământului, axa torului tinde să-şi menţină orientarea în planul meridianului locului, indicând linia nord-sud în planul orizontului adevărat. Direcţiile la bordul navelor maritime se determină cu ajutorul compasului magnetic şi al compasului giroscopic, care intră în dotarea lor.

36

Compasul magnetic este un instrument simplu, relativ ieftin, se instalează uşor la bord, ocupă un spaţiu redus, întreţinerea lui este uşoară. Dezavantajul îl constituie faptul că indicaţiile lui sunt dependente de variaţiile câmpului magnetic. Acest fapt este important îndeosebi la bordul navelor maritime comerciale, al căror magnetism poate varia considerabil funcţie de marfa încărcată la bord (minereuri de fier, produse de oţel, fontă etc.). Precizia indicaţiilor compasului magnetic este afectată de asemenea de variaţia magnetismului ca urmare a schimbărilor mari de latitudine, situaţia normală pentru o navă de cursă lungă, precum şi de balansul navei pe mare rea; efectul acestor două cauze poate fi însă înlăturat printr-o reglare („compensare”) corespunzătoare a compasului magnetic pe timpul navigaţiei, operaţiune cu care ofiţerii maritimi trebuie să fie familiarizaţi. Compasul giroscopic oferă indicaţii mai precise şi mai eficiente decât compasul magnetic; este însă o instalaţie electromagnetică complexă expusă defecţiunilor, îndeosebi la bordul navelor maritime comerciale, unde se impune o funcţionare continuă de lungă durată; deseori, aceste defecţiuni nu pot fi remediate cu mijloacele bordului. Ca o consecinţă a celor arătate, determinarea direcţiilor la bordul navelor maritime comerciale se realizează prin dotarea acestora cu ambele tipuri de compasuri; guvernarea navei se asigură după compasul giroscopic printr-un control continuu al indicaţiilor acestuia cu acelea ale compasului magnetic, măsură de o importanţă vitală pentru siguranţa navigaţiei. Nerespectarea acestui imperativ de către personalul de cart a cauzat în dese cazuri accidente grave de navigaţie, care s-au soldat cu avarii mari sau chiar cu pierderi de nave şi de vieţi omeneşti. Măsura se impune deopotrivă atunci când guvernarea navei se efectuează cu pilotul automat (instalaţie care asigură guvernarea automată a navei). În general regulile de registru prevăd obligativitatea dotării navelor maritime comerciale cu un compas giroscopic şi cu următoarele compasuri magnetice: compas magnetic etalon (instalat pe puntea etalon), compas magnetic de drum instalat în timonierie, lângă timonă, pentru guvernarea navei) şi un compas magnetic de drum instalat la postul de comandă de rezervă).

37

Indicaţiile compasului magnetic şi ale celui giroscopic devin incerte în zonele polare, unde forţele directive pentru ambele tipuri de compasuri pierd considerabil din intensitate. Această situaţie apare însă la latitudini superioare zonelor frecventate normal de navele maritime de transport şi de pescuit oceanic. În zonele apropiate de cei doi poli, în condiţii de vizibilitate bună au fost folosite aşa-numitul compas solar şi astrocompasul. Compasul solar modern, folosit începând din anul 1944, realizează ca linie de referinţă în orizont, în raport de care se măsoară drumul navei, linia de intersecţie dintre planul vertical de polarizare a luminii Soarelui de către atmosfera terestră, determinat cu ajutorul unui polaroid şi planul orizontului adevărat. Înstrumentul este folosit pe o perioadă mai lungă de 6 luni, pe timpul „zilei polare”; funcţionarea acestui tip de compas solar se asigură nu numai când Soarele este direct vizibil deasuupra orizontului, ci şi când „astrul zilei” se află la o înălţime negativă oarecare sub orizont (când fenomenul de polarizare a luminii se mai manifestă încă cu intensitate suficientă) precum şi când Soarele se află acoperit de nori. La navele mici şi rapide, compasul magnetic şi cel giroscopic nu dau rezultate satisfăcătoare. La compasul magnetic, roza este antrenată în sensul întoarcerilor la schimbări rapide de drum; la compasul giroscopic, la schimbări rapide de drum pot să apară forţe de inerţie capabile să scoată axul giroscopului din meridian. Pentru asemenea nave s-a realizat aşa-numitul compas giromagnetic, a cărui orientare pe meridian se obţine prin asocierea unui giroscop cu un sistem de ace magnetice. Compasurile giromagnetice se folosesc îndeosebi la navele militare şi în general, aşa cum s-a arătat, la navele mici şi rapide. Nu intră în dotarea navelor maritime comerciale.

III.2. Proprietăţile magnetismului Din timpurile cele mai vechi se cunosc o serie de minerale cu conţinut de fier, care au proprietatea de a atrage fierul, nichelul, cobaltul şi cromul; această proprietate se numeşte magnetism. O astfel de proprietate are oxidul de fier Fe3O4 numit magnetită. Dacă un corp are această proprietate prin natura sa, se spune că este un magnet natural; magnetita, de exemplu, este un magnet natural.

38

În cazul când un corp se magnetizează prin anumite procedee, se spune că este un magnet artificial. Analizele efectuate asupra unei bare de fier, înainte şi după magnetizare, au dus la concluzia că nu se produce nici o modificare în compoziţia chimică sau structura fizică a fierului. Dacă fierul magnetizat printr-un procedeu oarecare îşi păstrează proprietăţile magnetice pentru un interval mare de timp, se spune că este fier tare din punct de vedere magnetic; asemenea magneţi se numesc magneţi permanenţi. Fierul, care supus magnetizării îşi păstrează proprietăţile magnetice numai pe timpul când se află sub influenţa sursei de magnetizare, se numeşte fier moale din punct de vedere magnetic. Practic nu se poate obţine un fier absolut tare sau absolut moale din punct de vedere magnetic. Un magnet permanent oricât de puternic ar fi, pierde cu timpul din intensitatea sa magnetică iniţială. De asemenea, fierul moale îşi mai păstrează un oarecare magnetism indus chiar după înlăturarea sursei magnetice inductoare, denumit magnetism remanent. De aceea, în mod practic, prin fier moale sau tare din punct de vedere magnetic se exprimă proprietatea care predomină în fierul respectiv. Studiul magnetismului efectuat pe cale experimentală a dus la stabilirea a o serie de proprietăţi; în cele ce urmează se vor reaminti acelea care prezintă interes pentru înţelegerea funcţionării şi utilizării compasului magnetic la bord. 1. Orice fier magnetizat, indiferent de forma pe care o are, are doi poli magnetici: polul nord sau pozitiv şi polul sud sau negativ; în limbajul folosit la bord, polul nord mai este denumit pol roşu, iar polul sud - pol albastru (magneţii permanenţi utilizaţi la bord pentru compensarea compasului magnetic sunt vopsiţi astfel: roşu - jumătatea nordică, albastru - jumătatea sudică). Partea nordică a magnetului este separată de partea sudică printr-o linie neutră din punct de vedere magnetic. În orice magnet, valoarea magnetică a polului nord este egală cu valoarea magnetică a polului sud. Linia imaginară care uneşte polii unui magnet se numeşte axă magnetică. La magneţii în formă de bare cu forme geometrice regulate, dintr-un metal omogen, axa magnetică se confundă cu axa de simetrie.

39

2. Dacă un magnet se rupe bucăţi, fiecare bucată rezultată devine un magnet. 3. Dacă se apropie un magnet de o bară de fier moale sau de oţel, aceasta se magnetizează; în capătul barei situat mai aproape de magnet se formează un pol magnetic de nume contrar cu polul cel mai apropiat al magnetului. Fenomenul se numeşte magnetizare prin inducţie magnetică sau prin influenţă magnetică. După îndepărtarea magnetului, magnetismul fierului moale dispare repede, iar magnetismul oţelului se păstrează; pentru a anihila magnetismul oţelului este necesară o influenţă magnetică puternică de sens contrar. Într-un anumit fier poate fi indusă o anumită cantitate de magnetism, în funcţie de calităţiele fierului respectic; nu se poate însă depăşi o anumită limită de saturaţie magnetică. 4. Dacă se ia un magnet permanent şi se acoperă cu o bucată de hârtie sau sticlă, pe care se presară pilitură de fier, aceasta, după o uşoară agitare, se orientează într-o anumită formă numită spectru magnetic. Studiul spectrului magnetic arată că pilitura de fier se orientează pe nişte linii curbe, care se unesc cu polii magnetului; aceste curbe se numesc linii de forţă. Liniile de forţă sunt dispuse în toate planele ce trec prin axa magnetică şi se consideră că ies din polul nord al magnetului şi intră în polul sud. Spaţiul străbătut de liniile de forţă se numeşte câmp magnetic. 5. Doi magneţi aflaţi în apropiere unul de altul se acţionează reciproc, astfel:

- polii de acelaşi nume se resping; - polii de nume contrarii se atrag.

6. Cantitatea de magnetism de un nume oarecare a unui magnet se numeşte masă magnetică (m); masa magnetică nordică a unui magnet este egală cu masa sa magnetică sudică. 7. Legea lui Coulomb. Prin analogie cu legea aplixcată în electrostatică, Coulomb a stabilit că două mase magnetice m1 şi m2 , separate de o distanţă r, se atrag (dacă au magnetism de nume contrarii) sau se resping (dacă au magnetism de acelaşi nume) cu o forţă F direct proporţională cu produsul maselor şi invers proporţională cu pătratul distanţei ce le separă:

221

rmmkF ⋅

= (25)

40

unde k este o constantă ce caracterizează permeabilitatea magnetică a mediului şi sistemul de unităţi de măsură. 8. Unitatea de măsură magnetică în sistemul CGS este masa magnetică, care aşezată în vid la distanţa de 1 cm de o altă masă magnetică, identică, o atrage sau o respinge cu o forţă de o dină. 9. Intensitatea câmpului magnetic într-un anumit punct al său este mărimea forţei cu care acţionează câmpul magnetic asupra unei unităţi de masă pozitivă, aflată în acel punct. Unitatea de intensitate a câmpului magnetic în sistemul CGS se numeşte oersted. Intensitatea câmpului magnetic se consideră orientată pe direcţia tangentei la linia de forţă a câmpului magnetic în punctul considerat. 10. Momentul magnetic (M0) al unui magnet este produsul dintre masa magnetică a unuia dintre poli m (în valoare absolută) şi distanţa dintre poli (l). mlM =0 (26)

11. Dacă liniile de forţă ale câmpului magnetic sunt paralele între ele şi intensitatea este aceeaşi în toate punctele, acesta este denumit câmp magnetic uniform; în caz contrar este numit câmp magnetic neuniform. Orice câmp magnetic în totalitatea lui este neuniform. Practic, se poate considera însă că într-un spaţiu restrâns al câmpului magnetic respectiv, liniile de forţă sunt paralele între ele şi intensitatea este aceeaşi în toate punctele, având proprietăţile unui câmp magnetic uniform. 12. Introducându-se un ac magnetic de dimensiuni reduse, liber suspendat în centrul său de greutate, într-un câmp magnetic uniform, forţele care acţionează asupra polilor nord şi sud ai acului magnetic sunt egale şi de sensuri contrare. De aceea, în studiul acţiunii unui câmp magnetic asupra acului magnetic de la bordul navei, este suficient să se analizeze numai acţiunea asupra polului nord, ştiindu-se că asupra polului sud acţionează o forţă egală şi de sens contrar. 13. Acul magnetic liber suspendat în centrul său de greutate, supus acţiunii unui câmp magnetic uniform, se comportă astfel:

41

- acul magnetic se orientează pe direcţia tangentei la linia de forţă în punctul ocupat de centrul de suspensie al acestuia;

- polul nord al acului se orientează spre polul sud al magnetului, iar polul sud al acului, spre polul nord al magnetului.

Dacă axa acului magnetic suspendat în centrul său de greutate introdus într-un câmp magnetic uniform formează în momentul iniţial un unghi α cu liniile de forţă (fig. 14), se observă că poziţia punctului de suspensie nu suferă nici o deplasare, iar acul, după un anumit număr de oscilaţii în jurul acestui punct se orientează într-o poziţie de echilibru pe direcţia liniilor de forţă. Acţiunea câmpului magnetic asupra acului suspendat este deci numai orientativă şi nu are nici un efect de translaţie. Câmpul magnetic uniform acţionează asupra polilor acului magnetic cu două forţe rezultate egale, paralele şi de sensuri contrarii, formând un cuplu care are tendinţa de a orienta acul pe direcţia liniilor de forţă, denumit cuplu directiv. Tendinţa acului de a se orienta pe direcţia liniilor de forţă ale câmpului magnetic uniform este direct proporţională cu mărimea momentului cuplului directiv. Considerând intensitatea câmpului magnetic uniform reprezentată prin vectorul H, masa magnetică a unui pol m şi distanţa dintre cei doi poli ai acului l, momentul cuplului directiv M (fig. 14) este: αsinHmlM = (27) Produsul ml reprezintă momentul magnetic Mo al acului, deci momentul cuplului directiv:

Fig. 14 Influenţa câmpului magnetic asupra acului magnetic

42

αsin0 HMM = (28)

Se observă că la aceeaşi intensitate a câmpului magnetic uniform H, momentul cuplului directiv este funcţie directă de momentul magnetic al acului; această concluzie este de mare importanţă pentru asigurarea unei funcţionări eficiente a compasului magnetic la bord.

III.3. Câmpul magnetic terestru. Declinaţia magnetică III.3.1. Magnetismul terestru Într-un loc îndepărtat de mase magnetice, un ac magnetic liber suspendat în centrul său de greutate, după câteva oscilaţii, se orientează într-o anumită direcţie în raport cu elementele punctului respectiv (planul meridianului adevărat, orizontul adevărat şi verticala locului). Dacă se repetă această operaţiune de câteva ori, acum magnetic reocupă de fiecare dată aceeaşi poziţie, cu condiţia de a nu fi supus vreunei influenţe magnetice perturbatoare. Acest fapt indică existenţa unui anumit câmp magnetic, care determină orientarea acului în modul arătat; forţa care acţionează asupra acului magnetic este magnetismul terestru. Pământul cu atmosfera care îl înconjură se comportă ca un imens magnet natural. Cercetările efectuate au dus la concluzia că polii magnetici tereştri se află la o anumită adâncime faţă de suprafaţa Pământului, iar poziţia lor are o variaţie lentă în timp; cele mai recente operaţiuni de determinare a poziţiilor proiecţiilor polilor magnetici pe suprafaţa Pământului indică următoarele coordonate:

- polul nord magnetic ⎪⎩

⎪⎨⎧

=

=

WN

0

0

9671

λ

ϕ

- polul sud magnetic ⎪⎩

⎪⎨⎧

=

=

ES

0

0

156673

λ

ϕ

Observând coordonatele geografice se constată că un pol magnetic nu se află la antipodul celuilalt, deci axa polilor magnetici nu trece prin centrul

43

sferei terestre; axa polilor magnetici are o înclinare de aproximativ 110 faţă de axa polilor geografici. În scopul de a se menţine denumirea polilor magnetici în funcţie de emisfera geografică în care se află, s-au stabilit în mod convenţional următoarele: în polul nord magnetic terestru se află concentrat magnetism sudic, care atrage polul nord al acului magnetic liber suspendat; în polul sud magnetic terestru se află concentrat magnetism nordic, care atrage polul sud al acului magnetic. Liniile de forţă magnetice se consideră deci că ies din polul sud magnetic şi intră în polul nord magnetic (fig. 15).

III.3.2. Elementele magnetismului terestru şi relaţiile dintre ele Liniile de forţă ale câmpului magnetic terestru converg spre cei doi poli ai săi. Direcţia liniei de forţă dintr-un anumit punct se determină cu ajutorul unui ac magnetic liber suspendat în centrul spu de greutate: acul se orientează pe direcţia tangentei la linia de forţă a magnetismului, în punctul considerat. Forţa care acţionează pe direcţia tangentei la linia de forţă într-un anumit punct, orientând acul magnetic, se numeşte intensitatea magnetismului terestru (F). Considerăm un ac magnetic liber suspendat în punctul A, în emisfera nordică (fig. 15); pentru simplificare, presupunem că axa polilor magnetici (PNm – PSm) se intersectează cu axa polilor geografici în centrul sferei terestre. Dorecţia AO reprezintă verticala locului A, iar HH’ orizontul său adevărat. Intensitatea magnetismului terestru (F) orientează acul cu axa sa magnetică pe direcţia tangentei la linia de forţă în punctul A; polul nord al acului magnetic se află sub orizontul adevărat.

Fig. 15 Elementele magnetismului terestru

44

Unghiul format între axa magnetică a acului magnetic liber suspendat şi orizontul adevărat al locului se numeşte înclinaţie magnetică (θ). Dacă polul nord al acului magnetic se află sub orizontul adevărat, înclinaţia magnetică se consideră pozitivă ; dacă se află deasupra orizontului adevărat, înclinaţia magnetică se consideră negativă. Dacă deplasăm acum magnetic din A spre polul nord magnetic, înclinaţia magnetică creşte. Acul magnetic plasat în punctul C, pe verticala polului nord magnetic, are înclinaţia de +900. Dacă deplasăm acum magnetic din punctul A spre ecuator, înclinaţia magnetică scade. Acul magnetic plasat din punctul D, în planul ecuatorului, se orientează în orizontul adevărat, înclinaţia magnetică fiind zero. Locul punctelor de pe suprafaţa Pământului cu înclinaţia magnetică zero se numeşte ecuator magnetic; el este o curbă neregulată, care înconjoară Pământul în apropierea ecuatorului geografic. În punctul E, aflat în emisfera sudică, acul magnetic se orientează cu polul său nordic deasupra orizontului; înclinaţia magnetică este negativă. Pe verticala polului său magnetic, înclinaţia magnetică este -900. Ecuatorul magnetic împarte sfera terestră în două "emisfere magnetice": “emisfera magnetică nordică”, ce conţine polul nord magnetic şi “emisfera magnetică sudică”, ce conţine polul sud magnetic. Denumirea lor de emisfere este improprie, deoarece ecuatorul magnetic este o curbă neregulată, iar axa polilor magnetici nu trece prin centrul sferei terestre. Curbele de egală înclinaţie magnetică se numesc izocline; dacă privim o hartă magnetică a izoclinelor, observăm că aceste curbe sunt aproximativ paralele cu ecuatorul magnetic. De aceea, prin analogie cu paralelele geografice, izoclinele sunt denumite şi paralele magnetice, iar înclinaţia magnetică este numită şi latitudine magnetică. În concluzie, înclinaţia magnetică (sau latitudinea magnetică ia valori de la zero, pe ecuatorul magnetic, până la 900, în polii magnetici; înclinaţia magnetică se consideră pozitivă, în emisfera magnetică nordică şi negativă, în emisfera magnetică sudică. Intensitatea magnetismului terestru este maximă în polii magnetici şi minimă la ecuatorul magnetic. Curbele care unesc punctele de egală intensitate a magnetismului terestru se numesc izodiname.

45

Verticalul care trece prin axa magnetică a unui ac magnetic suspendat în punctul 0, care se află numai sub acţiunea magnetismului terestru, se numeşte planul meridianului magnetic; intersecţia dintre planul meridianului magnetic şi planul orizontului adevărat se numeşte meridian magnetic (al punctului 0), linia N-S magnetic sau direcţia nord magnetic (fig. 16). Perpendiculara pe linia N-S magnetic, în punctul 0, se numeşte linia E-W magnetic, obţinându-se astfel roza direcţiilor magnetice în orizontul adevărat şi componenta verticală (Z). Relaţiile care le exprimă sunt următoarele: 0cosFH = (29) θtgHFZ == 0sin (30)

22 ZHF += (31)

HYtg =θ (32)

Componenta orizontală (H) constituie forţa directivă a acului magnetic în orizontul adevărat, pe direcţia nord magnetic; ea este maximă la ecuatorul magnetic (H = F), descreşte cu latitudinea magnetică şi devine zero în polii magnetici. Acul magnetic nu poate fi folosit deci ca mijloc pentru

Fig. 16 Elementele magnetismului terestru II

Planul meridianului adevărat

Planul meridianului magnetic

Orizontul adevărat

Meridian adevărat

46

determinarea direcţiilor în orizont în zonele din vecinătatea polilor magnetici, datorită reducerii componentei orizontale (H), care acţionează ca forţă directivă. Componenta verticală (Z) este zero la ecuatorul magnetic, creşte cu latitudinea magnetică şi devine maximă (Z = F) în polii magnetici. Unghiul cu vârful în centrul de suspensie al acului magnetic, format în orizontul adevărat între direcţia nord adevărat şi direcţia nord magnetic, se numeşte declinaţie magnetică (d). Declinaţia se consideră estică sau pozitivă, dacă direcţia nord magnetic se află la est faţă de direcţia nord adevărat; o declinaţie estică de 7010’ se notează: d = 7010’ E sau d = +7010’. Declinaţia considerată vestică sau negativă, dacă direcţia nord magnetic se află la vest faţă de direcţia nord adevărat; o declinaţie vestică de 4012’ se notează: d = 4012’W sau d = -4012’. Declinaţia magnetică poate lua valori de la zero la 1800 (fig. 17). - în orice punct A, situat pe meridianul geografic care trece prin polul nord magnetic (în afara arcului de meridian PN – PNm care uneşte cei doi poli), declinaţia magnetică este zero; - în orice punct B, declinaţia magnetică are o valoare oarecare, estică (pozitivă); - în orice punct C, declinaţia magnetică are o valoare oarecare, vestică (negativă); - într-un punct oarecare D, aflat pe arcul de meridian geografic care uneşte polul nord geografic şi polul nord magnetic, declinaţia magnetică are valoarea de 1800. Curba care uneşte punctele de pe suprafata Pământului de egală declinaţie magnetică se numeşte izogonă; harta care reprezintă aceste curbe se numeşte harta izogonelor (figura 18). Izogona de declinaţie zero se numeşte agonă. Intensitatea câmpului magnetic (F), înclinaţia magnetică (θ), componenta orizontală (H), componenta verticală (Z) şi declinaţia magnetică

Fig. 17 Declinaţia magnetică

47

(d) reprezintă elementele care definesc magnetismul terestru într-un anumit punct; ele variază de la un punct la altul, iar în acelaţi punct aceste lemente variază în timp. Elementele magnetismului terestru care prezintă importanţă în navigaţie sunt: componenta orizontală (H) şi declinaţia magnetică (d). Componenta orizontală este forţa directivă care orientează acul magnetic în direcţia nord magnetic; cu ajutorul declinaţiei magnetice ce determină direcţia nord adevărat în raport cu direcţia nord magnetic, materializată de acul magnetic. III.3.3. Calculul declinaţiei magnetice în navigaţie Observând harta izogonelor (fig. 18) constatăm că în zonele navigabile ale mărilor şi oceanelor, valoarea declinaţiei magnetice prezintă variaţii însemnate; navigând de exemplu de pe coasta de est a Americii de Sud (unde declinaţia magnetică este 100E) spre coasta de vest a Africii (declinaţia 25 W), variaţia declinaţiei magnetice de-a lungul unei asemenea traversade atinge

Fig. 18 Harta izogonelor

48

valoarea de 350. De aceea, problema stabilirii unei valori cât mai exacte a declinaţiei magnetice pentru zona în care navigă prezintă o importanţă deosebită pentru precizia determinării drumului navei. Aşa cum s-a arătat mai sus, declinaţia magnetică, ca şi celelalte elemente ale magnetismului terestru, variază de la un loc la altul, iar pentru acelaşi loc, acestea variază în timp. Declinaţia magnetică are variaţii zilnice, anuale şi seculare. În zonele de navigaţie obişnuite, în afara celor din apropierea polilor magnetici, variaţiile zilnice sunt neînsemnate. Variaţiile anuale, de mărimi care depăşesc 15’, sunt menţionate pe rozele magnetice conţinute pe hărţile de navigaţie, alături de valoarea declinaţiei magnetice pentru anul editării hărţii. Hărţile engleze, de exemplu, folosite la bordul navelor noastre maritime comerciale, indică pe aceste roze magnetice următoarele elemente (fig. 20):

- valoarea declinaţiei magnetice pe hărţi este înscrisă de regulă prin

prescurtarea Varn.), la precizie de 1’, pentru anul editării hărţii;

Fig. 20 Roza magnetică de pe hărţile engleze

49

- valoarea variaţia anuală aproximativă în minute, adică creşterea anuală sau descreşterea anuală.

Variaţia anuală în hărţile de navigaţie exprimă creşterea sau descreşterea declinaţiei magnetice în valoare absolută. Variaţiile seculare sunt fenomene periodice. La Paris, de exemplu, în anul 1666 declinaţia magnetică este zero. Înaintea acestui an era estică, după aceea a devenit vestică; în anul 1814 a atins valoarea maximă (22034’W), după care a ănceput să descrească. În afara acestor variaţii periodice, declinaţia magnetică poate prezenta şi variaţii neregulate, uneori de valorui considerabile, datorită unor fenomene naturale, ca: descărcări electrice în atmosferă, aurore boreale, erupţii vulcanice etc.; aceste variaţii neregulate sunt denumite furtuni magnetice. În asemenea situaţii, declinaţia magnetică are o variaţie bruscă, iar după ce fenomenul care o generează încetează, îşi revine la valoarea normală. Pe suprafaţa Pământului se întâlnesc şi zone cu anomalii magnetice, menţionate în hărţile de navigaţie. În asemenea zone, valoarea declinaţiei magnetice este diferită de cea indicată în hartă, datorită conţinutului de minereuri magnetice din scoarţa Pământului. Fenomenul se manifestă în zone cu adâncimi reduse şi se poate uşor constata pe timpul navigaţiei, când guvernarea navei se asigură prin compararea drumurilor indicate de compasul magnetic şi cel giroscopic. În navigaţie, declinaţia magnetică pentru anul în curs necesară la determinarea drumurilor şi relevmentelor cu ajutorul compasului magnetic se calculează din indicaţiile conţinute în harta de navigaţie la roza magnetică cea mai apropiată de poziţia navei, astfel: - se calculează variaţia totală a declinaţiei, înmulţind numărul de ani care au trecut de la cel indicat în hartă până la anul în curs, cu variaţia anuală (dată pe hartă); - se face suma algebrică a declinaţiei dată în hartă cu variaţia totală. Deoarece variaţia anuală indicată în hartă exprimă creşterea sau descreşterea declinaţiei magnetice în valoare absolută, adică mărirea, respectiv micşorarea unghiului de care direcţia nord magnetic îl formează cu direcţia nord adevărat, în operaţiunea care se efectuează pentru calculul declinaţiei, variaţiei totale i se va da semnul următor:

50

Semnul declinaţiei (indicat în hartă)

d(+) d(-)

Semnul variaţiei anuale creşte descreşte creşte descreşte

Semnul variaţiei totale + - - +

Exemplul1 Considerăm că se navigă într-o zonă în care pe hartă apare roza magnetică deci: declinaţia (Varn) pentru anul 1965 este 12000’W, descreşte anual aprox. 10’ (decreasing about 10’ annually). Se cere declinaţia magnetică pentru anul 1973. Rezolvare: '0

1965 0012−=d

( ) 7.104010

201108var 0'0

1973

0'

−=−=

+=++d

Declinaţia magnetică se calculează la precizie de 00.1 Exemplul 2 '0

1953 121=d ; descreşte anual 8’. Se cere declinaţia pentru anul 1973. Rezolvare: '0

1953 121+=d

( ) 5.1281

402820var 0'0

1973

'0'

−=−=

−=×+d

Exemplul 3 '0

1958 208−=d ; creşte anual 6’. Se cere declinaţia pentru anul 1973. Rezolvare: '0

1958 208−=d

( ) 8.9509

301615var 0'0

1973

'0

−=−=

−=×+d

51

III.4. Magnetismul navei. Deviaţia magnetică

III.4.1. Generalităţi. Ipoteze fundamentale Fierul introdus la construcţia navelor a constituit o sursă de erori în folosirea acului magnetic pentru determinarea direţiilor la bord. Studiul teoretic al fenomenului devierii acului magnetic la bord din planul meridianului magnetic sub acţiunea magnetismului navei, generat de materialele magnetice folosite la construcţia şi dortarea navei, a fost fundamentat de către Airy în anul 1838, constituind obiectul disciplinei "Teoria deviaţiilor şi compensarea compasului magnetic". În cele ce urmează ne propunem să prezentăm doar elementele principale, în măsura necesară înţelegerii bazelor teoretice ale funcţionării şi utilizării compasului magnetic la bordul navei. Studiul teoretic al magnetismului navei şi al fenomenului devierii acului magnetic la bord se efectuează pe baza unor ipoteze fundamentale, stabilite pe cale experimentală: concluziile acestui studiu teoretic au fost confruntate prin observarea comportării acului magnetic la bord, astfel că în a doua jumătate a secolului XIX, întreaga problemă teoretică a deviaţiilor magnetice şi practica compensării compasului magnetic au fost soluţionate în mod satisfăcător. Ipotezele fundamentale acceptate în studiul magnetismului navei şi al deviaţiilor magnetice sunt următoarele: - câmpul magnetic terestru se consideră ca unică forţă magnetică inductoare la bordul navei; - în spaţiul relativ restrâns ocupat de navă, câmpul magnetic terestru se consideră ca un câmp magnetic uniform; - din punct de vedere magnetic, fierul de la bord se consideră de două categorii : fier tare (fier cu conţinut de carbon, adică oţelul şi fonta) şi fier moale (fier chimic pur); - polul nord al magnetismului indus în fierul de la bord se găseşte în partea în care acţionează polul nord magnetic terestru; - sub acţiunea unui câmp magnetic uniform slab (cum este câmpul magnetic terestru), magnetizarea prin inducţie este instantanee şi proporţională cu intensitatea câmpului magnetic inductor;

52

- având în vedere dimensiunile reduse ale acului magnetic folosit la bord, câmpul magnetic al navei se consideră uniform. Această ipoteză permite să se studieze doar acţiunea lui asupra polului nord al acului magnetic de la bord, acţiunea asupra polului sud fiind în acest caz egală şi de sens contrar; - fierul moale de la bord se consideră de forma unor bare, orientate longitudinal, transversal sau vertical în navă. În studiul deviaţiilor se ia în considerare doar acţiunea polului magnetic indus în fierul moale care este cel mai apropiat de compasul magnetic; acţiunea celuilalt pol este egală şi de sens contrar; - în studiul deviaţiilor magnetice, nava se consideră în poziţie nomală, fără înclinare, având puntea orientată în orizont. Fierul tare de la bord, fierul cu conţinut de carbon (oţelul, fonta sau oţelurile speciale cu conţinut de tungsten, molibden etc.), are un proces de magnetizare îndelungat sub acţiunea câmpului magnetic inductor, însă îşi păstrează proprietăţile magnetice pentru mult timp după ce acţiunea câmpului magnetic inductor încetează. Magnetismul indus în fierul tare de la bord generează câmpul magnetic permanent al navei. Fierul moale de la bord, sub formă de bare (longitudinale, transversale sau verticale), se consideră că se magnetizează instantaneu sub acţiunea câmpului magnetic inductor, acelaşi fier îşi pierde însă proprietăţile magnetice de îndată ce câmpul magnetic inductor încetează de a mai acţiona. Magnetismul indus în fierul moale de la bord generează câmpul magnetic temporar al navei. Proprietatea fierului de a-şi însuşi magnetismul indus mai repede sau mai lent este denumită permeabilitate magnetică. Rezistenţa pe care fierul o opune magnetizării prin inducţie se numeşte forţă coercitivă. Potrivit ipotezelor fundamentale de magnetizare a fierului moale de la bord, atât magnetizarea, cât şi pierderea magnetismului indus sunt considerate ca fenomene instantanee. În realitate însă, ambele fenomene se produc cu o oarecare întârziere, depinzând de calitatea fierului moale, cât şi de o serie de alţi factori. Întârzierea cu care fierul moale de la bord se magnetizează din momentul în care este supus influenţei unui câmp lagnetic inductor sau întârzierea cu care îşi pierde proprietăţile magnetice, de îndată ce acest câmp magnetic încetează de a mai acţiona, se numeşte histerezis magnetic. Permeabilitatea magnetică a fierului de la bord, forţa coercitivă, cât şi fenomenul de histerezis magnetic depind în principal de următorii factori:

53

- de natura chimică a fierului, de gradul lui de omogenitate; - de exercitarea unor acţiuni mecanice ale fierului, capabile să producă vibraţii ca: ciocănirea, nituirea, raşchetarea etc. Experienţa arată că aceste acţiuni favorizează fenomenul de magnetizare prin inducţie, dacă în momentul în care încep să se producă fierul se află deja sub acţiunea câmpului magnetic inductor ; dimpotrivă, ele se opun procesului de magnetizare prin inducţie, în cazul în care ele se produc înainte ca fierul să fie supus acţiunii câmpului magnetic inductor; - fenomenul de magnetizare prin inducţie tinde să se diminueze cu creşterea temperaturii fierului (la suduri, coşul navei, tubulatura gazelor de evacuaţie a motoarelor etc) şi practic dispare complet, când temperatura acestor părţi ale navei este foarte ridicată. Invers, o răcire bruscă a unei bare de fier de la bord tinde să menţină magnetismul deja indus. Dacă după o încălzire excesivă a fierului de la bord se revine în scurt timp la temperatura pe care a avut-o, acesta îşi recapătă magnetismul iniţial (lucrări prin sudură, tubulatura gazelor de evacuaţie a motoarelor etc.). III.4.2. Inducţia magnetică în fierul moale de la bord Magnetismul temporar al navei Dacă o bară de fier moale având secţiunea dreaptă S şi coeficientul de capacitate inductivă K este supus acţiunii de magnetizare prin inducţie a câmpului magnetic terestru de intensitate F, pe cale experimentală s-a constatat că forţa magnetismului indus f în această bară este exprimată de relaţia: KSFf = (26) dacă axa barei este orientată pe direcţia tangentei la liniile de forţă ale câmpului magnetic inductor. În cazul în care axa barei de fier moale formează cu direcţia intensităţii câmpului magnetic inductor F, considerat uniform, un unghi α, s-a stabilit experimental că intensitatea f a magnetismului indus în bară este exprimată de ecuaţia (fig. 21): αcosKSFf = (27)

54

unde expresia Fcosα reprezintă proiecţia intensităţii câmpului magnetic inductor pe axa barei de fier.

Considerând magnetismul terestru ca unicul câmp magnetic inductor al fierului de la bord, se paote afirma că într-un anumit loc şi într-o perioadă de timp limitată, atât intensitatea câmpului magnetic inductor F, cât şi coeficientul de capacitate inductivă K sunt constante; deci, intensitatea f a câmpului magnetic indus într-o bară de fier moale este proporţională cu cosinusul unghiului α,pe care axa barei îl face cu tangenta la liniile de forţă magnetice ale câmpului magnetic inductor.

Rezultă că inducţia magnetică este maximă când α = 00, deci când axa barei se află pe direcţia tangentei la liniile de forţă ale câmpului magnetic inductor; inducţia magnetică este nulă când liniile de forţă ale câmpului magnetic inductor sunt perpendiculare pe axa barei.

Când nava se află într-o poziţie dreaptă, barele de fier pot avea o orientare orizontală (punţi, curenţi longitudinali, traverse de punte, stinghere etc.) sau verticală (catarge, pereţi, pontili etc.); când nava se află într-o poziţieînclinată (dinamică, sub acţiunea valurilor şi vântului sau statică, determinată de condiţiile de încărcare), barele de la bord pot avea o poziţie oblică în raport cu sistemul de axe ale navei, care trec prin centrul de suspensie al acului magnetic de la bord (axa longitudinală X, transversală Y şi verticală Z). Dacă bara de fier de la bord este orizontală, singura forţă inductoare este componenta orizontală H a magnetismului terestru; forţa magnetică indusă f în acest caz este: αcosKSHf = (28) considerând unghiul α unghiul pe care axa barei îl formează cu meridianul magnetic.

Fig. 21

55

Este important de remarcat faptul că unghiul α în cazul barei orizontale de la bord, este egal cu drumul magnetic al navei. În concluzie ecuaţia (28) arată că intensitatea magnetismului temporar al navei indus în fierul moale dispus orizontal la bord variază în funcţie de drumul navei şi de latitudinea magnetică a locului la care se află nava (în funcţie de care variază H). Direcţia magnetismului indus în fierul moale dispus orizontal la bord se menţine aceeaşi, atât timp cât poziţia barelor în navă nu se modifică. Polaritatea magnetismului indus (22 a) este determinată de poziţia polilor câmpului magneticinductor terestru : la capătul barei orientat spre polul nord magnetic terestru se formează un pol nord şi invers. În cazul unei bare de fier dispusă vertical la bord (fig. 22 b), forţa inductoare este componenta verticală a magnetismului terestru Y=F sinθ=H tgθ; forţa magnetică indusă f în această situaţie este: θtgKSHKSYZf == (29) intensitatea magnetismului indus variind deci în funcţie de latitudinea magnetică a locului. În emisfera magnetică nordică se formează un pol nord în capătul inferior al barei şi un pol în capătul superior al acesteia; polaritatea este inversă în emisfera magnetică sudică.

Fig. 22 a, b

a b

56

În situaţia unei bare de fier moale de secţiune S, înclinată la un unghi i faţă de orizont, aceasta este magnetizată simultan sub acţiunea ambelor componente ale magnetismului terestru, H şi Z (fig. 23). Considerând β, unghiul format de proiecţia în orizont a barei cu direcţia nord magnetic, magnetismul f’ indus în bară de către componenta H a magnetismului terestru este: iKSHf coscos' β= (30) Magnetismul f’’ indus în bară de către componenta Z a magnetismului terestru este: ( )iKSZf −= 0'' 90cos sau considerând pe Z = H tg θ itgKSHf sin'' θ= (31) Intensitatea f a magnetismului indus în bara înclinată sub acţiunea ambelor componente ale magnetismului terestru H şi Z este dată de suma forţelor exprimate de egalităţile itgKSHiKSHf sinsincos' θβ += (32) Barele de fier moale de la bord ocupă o asemenea poziţie înclinată faţă de orizont sau verticala locului, în următoarele situaţii:

Fig. 23

57

- pe timpul balansului navei, sub acţiunea valurilor şi vântului, pe timpul giraţiei navei etc. În aceste situaţii unghiul i variază continuu; - datorită stării de încărcare a navei, ca urmare a unei stabilităţi iniţiale negative sau datorită unei repartizări transversale asimetrice a greutăţilor la bord (consum combustibil inegal din borduri etc.). În această situaţie, unghiul i se menţine acelaşi pentru mai mult timp, până când cauza care l-a generat încetează a mai acţiona. Însumarea maselor magnetice induse în multitudinea barelor de fier moale de la bord, în condiţiile arătate mai sus şi în virtutea ipotezelor fundamentale enumerate, generează câmpul magnetic temporar al navei. Câmpul magnetic temporar are o direcţie constantă în navă, atâta timp cât barele de fier îşi menţin poziţia la bord: intensitatea câmpului magnetic temporar variază în funcţie de drumul navei şi de latitudinea magnetică (înclinaţia magnetică). III.4.3. Câmpul magnetic permanent al navei Fierul tare de la bord este supus aceşeiaşi acţiuni de inducţie magnetică, sub influenţa câmpului magnetic terestru, arătată mai sus (punctul III.4.2.). Forţa coercitivă a fierului tare fiind mai mare face ca procesul de magnetizare sub influenţa câmpului magnetic terestru (de o intensitate relativ redusă) să fie mai îndelungat, iar proprietăţile magnetice însuşite să fie păstrate pentru o perioadă lungă sau să devină chiar permanente. Însumarea maselor magnetice ale multiplilor magneţi permanenţi formaţi astfel la bord generează câmpul magnetic permanent al navei. Câmpul magnetic permanent se formează în perioada de construcţie a navei, când masele de fier tare de la bord sunt menţinute îndelungat în aceeaşi poziţie faţă de liniile de forţă ale câmpului magnetic tereastru. Intensitatea câmpului magnetic permanent al navei generat pe timpul construcţiei navei depinde de: - orientarea calei pe care nava a fost construită în raport cu meridianul magnetic, funcţie de care variază unghiul α. În cazul unei cale de construcţie orientată în meridianul magnetic, inducţia magnetică este maximă în fierul tare longitudinal şi nulă în cel transversal; într-o navă construită pe direcţia E-W

58

magnetic, inducţia este maximă în fierul tare transversal şi nulă în cel longitudinal; - latitudinea magnetică a locului construcţiei, în funcţie de care variază componenta H a magnetismului şi componenta Z; - tehnologia de construcţie folosită (sudură, nituire etc.), capabilă să favorizeze procesul de magnetizare într-o măsură mai mare sau mai mică. Polaritatea magnetismului permanent al navei depinde, de asemenea, de orientarea calei de construcţie faţă de meridianul magnetic şi latitudinea magnetică a locului construcţiei. Considerând, de exemplu, o navă construită în emisfera magnetică nordică, pe o cală orientată cu prova în direcţia nord magnetic, polaritatea magnetismului permanent al navei va fi următoarea (fig. 24 a):

- un pol plasat în partea inferioară a navei (funcţie de latitudinea magnetică), în jumătatea dinspre prova;

- un pol sud plasat în partea superioară a cocii navei, în jumătatea dinspre pupa. Polul nord al unui ac magnetic al cărui centru de suspensie se află în 0 va fi atras spre pupa la polul sud al magnetismului permanent al navei, fiind cel mai apropiat;

- o secţiune neutră, în planul perpendicular în M pe intensitatea magnetismului terestru F. Punctul M se consideră în cuplul maestru al navei.

Dacă o navă este construită pe o cală orientată cu prova pe direcţia W magnetic, în emisfera magnetică nordică, polaritatea magnetismului permanent va fi următoarea (fig. 24 b):

- un pol nord în bordul Td., plasat în partea inferioară a cocii navei (funcţie de latitudinea magnetică);

a. b.

Fig. 24

59

- un pol sud în bordul Bd., plasat în partea superioară a corpului navei. Polul nord al unui ac magnetic plasat în 0 va fi atras spre Bd de polul sud al magnetismului permanent al navei, fiind cel mai apropiat;

- o secţiune neutră, în planul perpendicular în L pe intensitatea F a magnetismului terestru.

Prin consideraţiuni analoage se poate aprecia polaritatea câmpului magnetic permanent al navei la oricare altă orientare a calei de construcţie şi la diferite latitudini magnetice ale locului construcţiei. După lansarea corpului navei de pe cala de construcţie se observă o anumită diminuare a câmpului magnetic permanent format pe cală: de aceea, se recomandă ca pe timpul staţionării în continuare în şantier în perioada de armare, nava să fie acostată având prova cu o orientare inversă faţă de cea avută pe cala de construcţie. Această măsură va conduce la o reducere a intensităţii câmpului magnetic permanent al navei şi deci la o reducere a influenţei deviatoare a acestuia asupra compasurilor magnetice de la bord. La terminarea perioadei de armare a navei în şantier şi intrarea ei în exploatare se poate considera practic că procesul de formare a câmpului magnetic permanent este încheiat. Pe timpul exploatării navei, ca urmare a unor staţionări îndelungate cu prova în aceeaşi direcţie, pentru transportul de mărfuri cu proprietăţi magnetice etc. Şi îndeosebi pe timpul reparaţiilor în doc (prin nituire, sudură, ciocănire se generează de regulă un magnetism remanent care modifică câmpul magnetic al navei şi deci condiţiile de deviere a acului magnetic la bord. Efecte similare pot cauza vibraţiile provocate de elice, aparatul motor şi loviturile valurilor pe vreme rea la traversade oceanice, când se menţine acelaţi drum pe o durată mare. În studiul magnetismului navei şi al influenţei lor deviatoare asupra acului magnetic de la bord, magnetismul remanent (având caracteristici intermediare între cel permanent şi cel temporar) se consideră însumat câmpului magnetic permanent. Câmpul magnetic permanent este constant în navă, atât ca direcţie, cât şi ca intensitate; nu variază în funcţie de drumul navei şi nici de latitudinea magnetică a locului.

60

III.4.4. Câmpul magnetic al navei. Deviaţia magnetică Însumarea câmpului magnetic permanent al navei cu cel temporar formează câmpul magnetic al navei. Pentru a vedea care sunt forţele care acţionează în planul orizontal al centrului de suspensie al acului magnetic la bord (0), considerăm un sistem de axe ortogonale X, Y, Z, cu originea în punctul 0, astfel (fig. 25):

- axa X, în axa longitudinală a navei (pozitivă spre prova); - axa Y, în axa transversală a navei (pozitivă spre tribord); - axa Z, perpendiculară pe punte (deci pe planul determinat de X şi

Y), având sensul pozitiv spre nadir. Când nava este în poziţie de echilibru, primele două axxe sunt în orizontul adevărat, iar a treia este orientată pe verticala locului. Considerând vectorul Pp reprezentând câmpul magnetic permanent al navei şi Pt câmpul magnetic temporar, rezultanta P exprimă câmpul magnetic al navei. Câmpul magnetic al navei preia caracteristicile celor două câmpuri componente şi anume:

- are o direcţie fixă în navă în raport cu sistemul de axe X, Y, Z, indiferent de drumul navei (pentru o anumită dispunere a maselor de fier de la bord);

- x

+ x

+ z

Pp

+ y

Pt P’

P

- y

Fig. 25

61

- are o intensitate variabilă în funcţie de drumul navei şi de latitudinea magnetică la care se află nava.

Acţiunea în orizont a magnetismului P al navei este reprezentată de componenta orizontală P’, care este exprimată de relaţia: γcos' PP = (33) unde γ reprezintă unghiul pe care îl face P cu orizontul, în punctul 0; P’ reprezintă deci proiecţia în orizont a lui P. Acul magnetic liber suspendat la bord în centrul său de greutate 0 se află deci sub influenţa a două câmpuri magnetice: câmpul magnetic terestru şi câmpul magnetic al navei. Roza compasului magnetic cu sistemul ei magnetic este astfel construită şi montată încât se menţine orientată continuu în orizont (vezi III.5.1). Axa sistemului magnetic al rozei N-S este orientată pe diametrul 00-1800 al al acesteia; centrul de suspensie 0 este centrul geometric al rozei. Roza menţinându-se continuu în orizontul centrului de suspensie 0, rezultă că sistemul magnetic al acesteia este orientat în orizont sub acţiunea a două forţe (fig. 26): - componenta orizontală a magnetismului terestru H, care acţionează constant în orizont pe direcţia nord magnetic, cu o intensitate variabilă funcţie de latitudinea magnetică a locului; - componenta orizontală a magnetismului navei P’, cu o direcţie constantă în navă şi o intensitate variabilă funcţie de drumul navei şi latitudinea magnetică a locului. Axa sistemului magnetic al rozei se orientează deci pe direcţia rezultantei H’ a celor două forţe, denumită forţa directivă a acului magnetic la

Fig. 26

62

bord. Verticalul care trece prin axa magnetică N-S a rozei, respectiv diametrul 00-1800 al acesteia, se numeşte planul meridianului compas. Intersecţia planului meridianului compas cu orizontul adevărat al rozei determină meridianul compas sau direcţia nord compas (O-Nc). Drumul navei, ca unghi în orizontul adevărat având vârful în centrul de suspensie al acului magnetic (centrul rozei), măsurat de la direcţia nord compas până la axa longitudinală a navei, se numeşte drum compas. Unghiul în planul orizontului cu vârful în centrul rozei, format între direcţia nord magnetic şi direcţia nord compas, se numeşte deviaţia compasului magnetic sau deviaţie magnetică (δ). Deviaţia magnetică se consideră:

- estică sau pozitivă, dacă direcţia nord compas este la est faţă de direcţia nord magnetic (ex: δ = 3.50 E sau δ = -2.40);

- vestică sau negativă, dacă direcţia nord compas se află la vest faţă de direcţia nord magnetic (ex: δ = 2.40 W sau δ = -2.40);

În anumite condiţii magnetice de la bord, deviaţia magnetică variază în funcţie de:

- drumul navei, care determină o orientare diferită a componentei orizontale a magnetismului navei (P’) faţă de meridianul magnetic, cât şi o variaţie a intensităţii acesteia, datorită schimbării câmpului magneti temporar al navei (rel. 30);

- latitudinea magnetică a locului, care determină variaţia magnetismului temporar al navei (rel. 29).

Pentru a vedea cum variază deviaţia magnetică şi forţa directivă H’ în funcţie de drumul navei, într-un anumit loc, vom considera componenta orizontală a câmpului magnetic P’ al navei orientată în axa longitudinală spre prova şi vom analiza modul de orientare a rozei compasului în drumurile principale (fig. 27). Fig. 27

63

În poziţia (1), nava cu prova N magnetic, componenta P’ este orientată în meridianul magnetic în aceeaşi direcţie şi sens cu H; forţa directivă a acului magnetric H’ este maximă, egală cu suma celor doi vectori, iar deviaţia este zero. În poziţia (3), nava cu prova în E magnetic, componenta P’ acţionează perpendicular pe H, deviaţia magnetică are o valoare maximă pozitivă. În poziţia (5), nava cu prova în S magnetic, componenta P’ acţionează pe aceeaşi direcţie cu H, însă în sensuri opuse. Deviaţia magnetică este zero şi forţa directivă H’ minimă, în cazul în care H > P’; forţa directivă H’ poate fi de sens opus cu H, deci deviaţia magnetică egală cu 1800, dacă P’ > H. În poziţia (7), nava cu prova în W magnetic, componenta P’ acţionează perpendicular pe H, deviaţia magnetică este maximă negativă. În poziţiile intermediare (2), (4), (6) şi (8), în drumurile magnetice intercardinale, deviaţiile magnetice iau valori intermediare faţă de cele în drumurile cardinale, de acelaşi semn. Se observă deci că deviaţiile compasului magnetic la bord pot lua valori de la 00 la 1800; consideraţiuni asemănătoare se pot face indiferent de orientarea pe care o are P’ faţă de axa longitudinală a navei. Studiul analitic al deviaţiilor compasului magnetic constituie obiectul „Teoriei deviaţiilor şi compensarea compasului magnetic”. Compensarea unui compas magnetic la bord urmăreşte două scopuri principale:

- a micşora deviaţiile compasului magnetic, prin reducerea pe cât este posibil a influenţei câmpurilor magnetice ale navei (permanent şi temporar), care dau mnaştere deviaţiilor;

- a misşora variaţia intensităţii forţei directive H’ care orientează roza compasului magnetic, ca urmare a acţiunii forţelor deviatoare.

Compensarea compasului magnetic se realizează prin reducerea influenţei câmpurilor magnetice ale navei, care dau naştere deviaţiilor, prin alte câmpuri magnetice create în apropierea rozei, de intensităţi cât mai apropiate şi de sensuri opuse. Ca mijloace de compensare se utilizează magneţi permanenţi şi „corectori” din fier moale (în formă de sfere, cilindri, bare sau lame), plasaţi în planul transversal al centrului rozei. Principiul care stă la baza utilizării

64

mijloacelor de compensare este următorul: forţele deviatoare generate de magnetismul permanent al navei se compensează cu magneţi permanenţi; forţele deviatoare provocate de magnetismul indus în fierul moale de la bord se compensează cu corectori de fier moale. Magneţii permanenţi şi corectorii din fier moale, folosiţi pentru compensarea compasului magnetic, se dispun astfel faţă de roza compasului încât să genereze în diferitele drumuri ale navei nişte câmpuri magnetice egale şi de sens contrar cu câmpurile magnetice ale navei (permanent şi temporar), sub a căror influenţă se formează deviaţiile magnetice. Deviaţiile magnetice rămase după compensarea compasurilor magnetice de la bord se determină prin diferite procedee de navigaţie costieră, astronomică sau prin compararea drumurilor indicate de compasul magnetic şi cel giroscopic, la aceeaşi orientare a axei longitudinale a navei. Deviaţiile astfel determinate se trec în „tabela de deviaţii” a fiecărui compas magnetic de la bord, care se afişează în camera de navigaţie. Tabela de deviaţii a unui compas magnetic de la bord conţine deviaţiile magnetice corespunzătoare drumurilor compas din 100 în 100, de la 00 la 3500. Această tabelă permite obţinerea deviaţiei funcţie de drumul compas sau drumul magnetic al navei; în cazul când drumul compas sau magnetic pentru care se impune obţinerea deviaţiei nu este cuprins în tabelă, valoarea acesteia se stabileşte prin interpolare. Conform Normelor de registru, deviaţiile maxime admise după compensare sunt în general de 03± pentru compasul etalon şi de 05± pentru compasul magnetic de drum. Deviaţia magnetică are o variaţie armonică, aşa după cum se poate vedea şi din discuţia la fig. 27. "Teoria deviaţiilor şi compensarea compasului magnetic" stabileşte că deviaţia într-un anumit drum este exprimată de ecuaţia: DcEDcDDcCDcBA 2cos2sincossin ++++=δ (34) denumită ecuaţia aproximativă a deviaţiai sau ecuaţia lui Smith. Este denumită "ecuaţia aproximativă a deviaţiai" deoarece se verifică numai la deviaţii magnetice mici, nedepăşind valoarea de de 020± ; "ecuaţia exactă a deviaţiei" este o expresie complexă, care nu are valoare aplicativă la compasurile compensate.

65

Ecuaţia lui Smith satisface cerinţele calculării deviaţiilor la bord, deoarece în mod normal la un compas magnetic compensat valoarea acestora depăşeşte de 05± . În ecuaţia lui Smith, Dc reprezintă drumul compas al navei, iar A, B, C, D, E coeficienţii aproximativi ai deviaţiei, care se pot calcula din valoarea deviaţiilor în drumurile cardinale şi intercardinale, astfel:

4

WSENA δδδδ +++= (35)

2

WEBδδ −

= ; 2

SNCδδ −

= (36)

( ) ( )

4NWSESWNED

δδδδ +−+= ;

( ) ( )4

WESNEδδδδ +−+

= ; (37)

Ecuaţia lui Smith poate fi utilizată la întocmirea tabelei de deviaţii, folosind deviaţiile determinate în drumurile cardinale şi intercardinale printr-un procedeu oarecare, în scopul calculării prealabile a valorii coeficienţilor aproximativi (rel. 36). În cele arătate mai sus s-au făcut consideraţii legate de variaţia deviaţiei magnetice funcţie de drumul navei. La navele de cursă lungă, o importanţă deosebită prezintă şi variaţia deviaţiilor odată cu schimbarea latitudinii magnetice; observarea atentă a comportării compasului magnetic pe mare rea şi a variaţiei deviaţiilor va trebui să stabilească necesitatea compensării lui sau a determinării deviaţiilor. Deviaţiile compasurilor magnetice la bordul navelor maritime comerciale mai pot prezenta variaţii şi ca urmare a următoarelor situaţii: - la traversade oceanice, când se menţine timp îndelungat acelaşi drum, datorită vibraţiilor cauzate de elice, maşini şi sub efectul valurilor pe mare montată; - când nava staţionează timp îndelungat în aceeaşi direcţie (la cheu, pentru operaţiuni de încărcare sau descărcare, pe doc etc.); - la schimabrea poziţiei maselor de fier de la bord (bigi, gruie etc.), faţă de cea avută la determinarea deviaţiilor. De aceea, pe timpul determinării

66

deviaţiilor toate masele de fier trebuie să fie puse la „postul de mare”, poziţii care trebuie menţinute şi pe timpul navigaţiei; - încărcarea la bord a unor mărfuri cu proprietăţi magnetice (minereuri de fier, produse de oţel, fontă etc.). În asemenea situaţii, după prelucrarea unor astfel de caricuri se impune determinarea deviaţiilor după încărcare, înainte de plecarea navei în voiaj; - utilizarea de macarale electromagnetice la încărcarea sau descărcarea navei. Pe timpul unor asemenea operaţiuni se impune scoaterea cutiei compasurilor de la bord şi păstrarea la uscat, pentru protejarea sistemului magnetic al rozelor şi a dispozitivelor de suspensie a rozei; - când corpul navei este supus la vibraţii puternice: la andocarea navei, când se execută operaţiuni de ciocănire, nituire, raşchetare etc.; când au loc explozii la bord; la eşuări pe fund de natură dură etc; - la variaţii mari de temperatură, suportate de corpul navei (reparaţii prin sudură, îndreptarea baselor la flacără etc.). Dată fiind multitudinea cauzelor care pot determina variaţia câmpului magnetic al navei, pe timpul navigaţiei se impune un control cât mai des al deviaţiei magnetice.

III.5. Compasul magnetic (magnetic compass)

III.5.1. Descrierea compasului magnetic. Orientarea rozei în orizont Părţile principale ale unui compas magnetic (fig. 28) sunt următoarele:

- roza compasului cu sistemul magnetic (1); - cutia compasului cu sistemul cardanic (2); - postamentul compasului (3); - dispozitivele de compensare, formate din:

pontilul tubuilar (4), suporţii magneţilor de compensare longitudinali (de tipul B) şi transversali (C), corectorul de bandă (J) şi corectorii de fier moale (D);

- habitaclul (care nu apare in fig. 28), un capac de protecţie care se montează desupra cutiei compasului;

Fig. 28 Compasul magnetic

D D

1 7

2

3

4

5

8

6

J B

C

Punte

67

- instalaţia de iluminare, care se montează fie în partea inferioară a cutiei compasului, fie în habitaclu. Figura 28, reprezintă o secţiune transversală într-un compas magnetic. După felul în care sunt construite cutia compasului şi roza, compasurile magnetice sunt de două feluri:

- compasuri uscate, la care cutia compasului este uscată, iar roza este suspendată pe un pivot;

- compasuri cu lichid, la care cutia compasului este plină cu lichid format dintr-un amestec de apă distilată şi alcool, într-o prpporţie determinată de temperaturile zonei de navigaţie, în care roza este afundată.

La bordul navelor noastre maritime sunt instalate numai compasuri cu lichid. Roza compasului (fig. 29) este partea cea mai importantă a compasului magnetic şi constă din: - un disc (1) gradat în sistem circular de la 00 -3600, constituind roza propriu-zisă pentru citirea direcţiilor în orizont; - flotorul (2), prevăzut în partea inferioară cu o scobitură de formă conică denumită celculiţă, având în vârf o piatră dură, bine şlefuită, care se sprijină pe pivotul cutiei compasului (6) (fig. 28). Flotorul are funcţia de a reduce presiunea şi deci frecarea sistemului de sprijinire a rozei pe pivot. Capacitatea flotorului este astfel calculată ca forţa de împingere a lichidului de

Fig. 29 Roza compasului

68

jos în sus să fie mai mică decât greutatea totală a rozei compasului, astfel ca aceasta să păstreze deci o flotabilitate uşor negativă; - sistemul de ace magnetice (3), format dintr-un număr par de asemenea ace (în fig. 29 patru ace magnetice), dispuse paralel şi având nordul în acelaşi sens (spre gradaţia 00 a rozei). Diametrul care uneşte gradaţiile 00 -1800 ale rozei se confundă cu axa N - S a sistemului de ace magnetice. Plasarea sistemului de ace magnetice în partea inferioară a rozei compasului, sub flotor şi a punctului ei de sprijin pe pivot, în partea superioară, sub centrul geometric (4) al rozei, se face în ideea ca centrul de greutate al întregului sistem să fie punctul său de sprijin şi pe aceeaşi verticală, astfel că roza să se menţină continuu în orizont într-un echilibru stabil.

Pentru a analiza condiţiile de

echilibru a rozei compasului, o considerăm suspendată în punctul 0 (fig. 30). Ca la orice corp suspendat, condiţia de echilibru stabil este ca centrul de greutate G să fie sub punctul de suspensie 0 şi pe aceeaşi verticală.

Dacă intervine o cauză perturbatoare oarecare şi înclină roza de un unghi i, forţa P reprezentând greutatea rozei cu punctul de aplicaţie în centrul de greutate G, creează un moment de stabilitate statică a rozei (Ms), egal cu:

GTPM s ⋅= (38)

care tinde să readucă roza în poziţie de echilibru, în orizont. Considerând GO=d, relaţia (38) devine:

iPdM s sin= (39)

La o înclinare oarecare i momentul de stabilitate statică a rozei este deci proporţional cu distanţa (d) dintre punctul de suspensie şi centrul de greutate.

Fig. 30

Q

0

C T’

T G

P

69

Relaţia (39) este valabilă doar la compasurile uscate. La compasurile cu lichid, momentului de stabilitate generat de greutatea P (relaţia 39) i se opune momentul forţei de împingere a lichidului Q, cu punctul de aplicare în centrul de flotabilitate C. Considerând OC = d1, momentul de împingere este Qd1 sin i, iar momentul de stabilitate statică a rozei la compasurile cu lichid (Ms) este exprimat de ecuaţia: ( ) iQdPdM s sin1

' −= (40)

Cutia compasului (1), figura 31, are axa de sprijin pe cercul cardanic (4) în partea sa superioară, în planul transversal al vanei ; dispozitivele de sprijin (5) ale cercului cardanic pe postamentul compasului se fixează în planul longitudinal al navei. Prin acest sistem de suspensie, cutia compasului devine stabilă la orizont, nefiind antrenată de mişcările de ruliu şi tangaj ale navei. Rezultă că menţinerea rozei (2) în orizont este asigurată prin însumarea stabilităţii proprii cu cea a cutiei compasului. În interiorul cutiei compasului, în poziţii diametral opuse, se află liniile de credinţă (3) ale compasului. Compasul se montează la bord astfel încât direcţia determinată de cele două linii de credinţă să se afle în planul diametral al navei, pentru ca influenţele câmpului magnetic al navei să fie simetrice. În mod normal, la bordul navelor maritime comerciale nu par impedimente în realizarea acestui deziderat ; la navele la care însă nu este posibilă o asemenea montare, compasul se instalează astfel ca direcţia determinată de liniile de credinţă să fie paralelă cu planul diametral al navei. În dreptul liniei de credinţă (3) dinspre prova se citeşte pe roză drumul compas al navei. Postamentul compasului (fig. 28) este din lemn sau dintr-un metal amagnetic. Partea superioară a postamentului, pe care se sprijină cercul cardanic

Fig. 31 Compasul magnetic

2 3 N

1

4

5

70

al cutiei compasului şi corectorii D se numeşte gulerul postamentului (7). La baza postamentului se află o placă pentru fixarea pe punte. Dispozitivele de compensare ale compasului constau din:

- magneţi permanenţi longitudinali (denumiţi magneţi B), care se fixează pe suportul (5), mobil de-a lungul pontilului tubular (4);

- magneţi permanenţi transversali (magneţi C), care se fixează pe suportul (8), mobil de-a lungul pontilului tubular (4).

Acţiunea magneţilor permanenţi B şi C pentru compensarea magnetismului permanent al navei variază în funcţie de intensitatea lor, de numărul magneţilor folosiţi şi de distanţa lor faţă de roză, care se reglează prin deplasarea suporţilor (5) şi (8) de-a lungul pontilului tubular (4). Există compasuri magnetice la care magneţii B şi C se introduc în nişte orificii practicate în postamentul compasului în plan vertical şi orientate longitudinal (magneţii B) şi transversal (magneţii C) - în raport cu axele navei. La acest sistem, acţiunea magneţilor variază funcţie de numărul lor şi de depărtarea de roză a orificiilor folosite:

- corectorul de bandă (J), magnet permanent care se introduce prin partea superioară a pontilului tubular (4) şi se fixează cu un lănţişor dintr-un metal amagnetic. Acţiunea lui faţă de sistemul magnetic al rozei în vederea compensării variază în funcţie de orientarea polului nord al corectorului (în sus sau în jos) şi a depărtării la care se fixează faţă de roză;

- corectorii de fier moale (D), fixaţi în plan transversal faţă de centrul rozei, care pot fi sub formă de sfere, cilindri, bare sau lame. Acţiunea lor asupra sistemului magnetic al rozei în vederea compensării magnetismului temporar al navei variază în funcţie de: depărtarea de centrul rozei, în cazul folosirii de corectori sferici sau cilindrici; de lungimea barelor, când se utilizează corectori în formă de bare; de numărul lamelor introduse.

Unele compasuri au înspre prova sau înspre pupa un tub cilindric dintr-un metal amagnetic, în care se introduce "bara Flinders"; această bară este un corector de fier moale, a cărui acţiune în cadrul compensării poate fi făcută să varieze în funcţie de lungimea ei.

71

III.5.2. Compas etalon. Compas de drum În funcţie de locul de instalare şi de modul de utilizare a compasului magnetic la bord se disting: - compasul etalon, montat în planul diametral al navei pe puntea etalon, puntea cea mai de sus a navei, care oferă la bord locul de instalare cu influenţe magnetice minime. Dealtfel, construcţia şi amenajarea acestei punţi la navele construite din fier s-au făcut tocmai în ideea instalarii "compasului etalon", compasul după care se controlează drumul navei şi care se foloseşte pentru măsurarea relevmentelor la reperele de navigaţie. Pentru măsurarea relevmentelor, compasul etalon este prevăzut cu o aliadă: - compasul de drum, instalat în timonerie, în prova timonei, după care se asigură guvernarea navei. Indicaţiile compasului de drum sunt controlate după compasul etalon. Deoarece instalarea compasului de drum impune o serie de măsuri restrictive în construcţia şi amenajarea timoneriei, pentru limitarea influenţele magnetice, cât şi datorită dificultăţii compensării acestuia, s-au realizat compasuri cu reflexie.

Compasul cu reflexie (reflector compass) (fig. 32) este o adaptare a compasului etalon pentru o funcţie dublă: de compas etalon, pentru măsurarea relevmentelor şi de compas de drum, pentru guvernarea navei.

Compasul cu reflexie se instalează pe puntea etalon, iar tubul telescopic (1) este trecut prin această punte, plasat astfel ca partea lui inferioară - prevăzută cu o oglindă orientabilă (2), să se afle într-o poziţie convenabilă de observat de la timonă.

Fig. 32 Compasul cu reflexie

1

2

Punte etalon

72

Citirea drumului se face observând imaginea rozei în oglinda orientabilă (2), reflectată în aceasta de un sistem de lentile montate în tubul cilindric (1), care străbate postamentul compasului de sub cutie până la nivelul oglinzii. Lungimea tubului (1) se reglează funcţie de înălţimea timonierului. Dispozitivul are un sistem de iluminare de intensitate reglabilă. III.5.3. Principiul funcţionării compasului la bord Aşa cum s-a arătat mai sus, prin modul de construcţie a rozei şi a cutiei compasului - cu sistemul ei cardanic, roza se menţine în orizontul adevărat; astfel, orientarea în meridianul compas a sistemului magnetic al rozei se face sub acţiunea rezultantei H’ determinată de componentele orizontale H şi P’. Momentul magnetic al sistemului de ace magnetice al unei roze, denumit momentul magnetic al rozei (Mr), este reprezentat de suma momentelor magnetice ale acelor sistemului: ∑= mlMr (41)

unde: m = masa magnetică a unui pol al acului magnetic considerat; l = distanţa dintre cei doi poli. În cazul unui compas magnetic compensat, dacă o forţă perturbatoare oarecare intervine şi scoate roza din meridianul compas, rotind-o în orizont de un unghi α, se formează cuplul directiv (a se vedea formula H = F cosθ): αsin' ⋅⋅= HMrM (41’)

care tinde să o readucă în meridian. Acesta este momentul directiv al rozei ce exprimă proprietatea rozei de a reveni în meridianul compas, atunci când a fost scoasă din echilibrul magnetic sub acţiunea unei forţe perturbatoare. În acelaşi loc şi în aceleaşi condiţii la bord, momentul directiv al rozei este funcţie de intensitatea acelor magnetice care intră în componenţa sistemului magnetic al rozei, de numărul şi lungimea lor. Sensibilitatea rozei este exprimată de unghiul minim (ε) de abatere a rozei din meridianul compas, prin rotirea ei la orizont, la care momentul directiv

73

mai este capabil să o readucă în poziţie de echilibru magnetic, în meridianul compas. Chiar dacă Mr şi H’ au valori mari, la unghiuri < ε, momentul directiv al rozei devine atât de mic, încât el este anulat de acţiunea de frecare a sistemului de suspensie a rozei, astfel că aceasta nu mai poate fi readusă în meridianul compas. În consecinţă, dacă nava are o abatere dela drum mai mică decât unghiul ε, sub acţiunea unei forţe perturbatoare oarecare (val, efect cârmă etc.), roza are tendinţa de a urma mişcarea navei - datorită frecării sistemului ei de suspensie, momentul cuplului directiv fiind insuficient pentru a învinge o asemenea tendinţă şi a menţine roza în poziţia ei de echilibru magnetic, în meridianul compas. Roza nu este deci capabilă să indice abaterile de la drum ale navei mai mici de unghiul ε, care reprezintă limita sensibilităţii ei. La bordul navelor maritime, drumul se ţine la precizie de 00.5, mărime unghiulară ce reprezintă limita superioară admisă pentru sensibilitatea unui compas magnetic. Sensibilitatea ε a unui compas este dată de formula:

'HMr

KI⋅

=ε (41’’)

unde: K = coeficientul de frecare al sistemului de suspensie al rozei; I = momentul de inerţie al rozei. Formula arată că pentru a se obţine o sensibilitate favorabilă a rozei se impune:

- un moment magnetic mare al rozei, deci ace lungi cu o intensitate magnetică mare;

- frecare minimă, adică presiune minimă a ceşculiţei rozei pe pivot, suprafaţă de contact minimă, dură şi bine şlefuită.

Aceste condiţii contradictorii şi-au găsit soluţia prin realizarea compasului cu lichid; acesta permite folosirea unor ace magnetice mai mari decât la compasul uscat, cu un moment magnetic considerabil superior, reducerea frecării pe pivot realizându-se prin alegerea unei capacităţi favorabile a folosirii rozei (care determină valoarea forţei de împingere), în raport cu greutatea totală a sistemuluirozei compasului.

74

La compasurile uscate, asigurarea unei frecări minime era realizabilă numai prin confecţionarea unor roze uşoare, cu ace magnetice mici, având un moment magnetic redus. Proprietatea rozei de a-şi menţine poziţia orizontală, opunându-se forţelor exterioare care tind să o scoată din această poziţie, se numeşte stabilitatea rozei. La bordul navei există o serie de cauze care pot scoate roza compasului din poziţia sa de echilibru, astfel: ruliul şi tangajul navei sub acţiunea valurilor, înclinarea navei sub acţiunea vântului şi cârmei, vibraţii cauzate de aparatul motor, elice, valuri etc. Toate aceste mişcări se transmit la roză într-o măsură mai mare sau mai mică, funcţie de amplitudinea lor şi de sistemul constructiv al compasului. Stabilitatea rozei este influenţată de o serie de factori, între care menţionăm: - stabilitatea statică a rozei (rel. 41’, 41’’). La compasurile uscate, aceasta depinde de greutatea rozei şi de distanţa dintre punctul de sprijin şi centrul său de greutate. La compasurile cu lichid este funcţie de greutatea rozei, capacitatea flotorului (care determină forţa de împingere), poziţia punctului de suspensie, a centrului de flotabilitate şi a centrului de greutate; - o serie de calităţi constructive ale compasului, spre exemplu, calitatea suspensiei cardanice, montarea cutiei compasului pe un sistem de resoarte pentru amortizarea vibraţiilor, afundarea rozei în lichid (la compasurile cu lichid) etc. III.5.4. Utilizarea compasului magnetic la bord Compasul magnetic serveşte la rezolvarea problemei fundamentale a navigaţiei - determinarea direcţiilor la bord în orizontul adevărat, cu importanţă practică, pentru:

- guvernarea navei, adică menţinerea unui drum compas determinat, astfel că nava să se deplaseze dintr-un punct în altul pe suprafaţa Pământului;

- măsurarea relevmentelor la obiecte: la reperele de navigaţie, în scopul determinării poziţiei navei; la nave, în scopul rezolvării

75

problemelor de evitare a pericolului de coliziune, la operaţiuni de salvare etc.

A. Guvernarea navei Compasul magnetic dă posibilitatea menţinerii unui drum compas, corespunzător unui anumit drum adevărat, astfel că nava se deplasează dintr-un punct în altul pe suprafaţa Pământului. Drumul compas (Dc) este unghiul în planul orizontului adevărat cu vârful în centrul rozei (O), format între direcţia nord compas şi axa longitudinală a navei, materializată prin linia de credinţă (L) a compasului; În fig. 33 drumul compas Dc = unghiul NcOL. Drumul compas (compass course) în care nava este guvernată la un moment dat, se citeşte la gradaţia de pe roză din dreptul liniei de credinţă dinspre prova. Pe timpul giraţiei navei, la schimbări de drum, roza se menţine în orizont cu gradaţia 00-1800 (N-S) orientată în direcţia nord compas (în meridianul compas), iar linia de credinţă (L), marcată în interioarul cutiei compasului. Cunoscând deviaţia în poziţia de echilibru a navei din „tabela de deviaţii” şi deviaţia δi în poziţie de înclinare a navei, se poate determina coeficientul deviaţiei de bandă. Formula 30 arată că variaţia deviaţiei de bandă este:

- proporţională cu unghiul de bandă; - maximă în drumurile magnetice N şi S; - zero în drumurile magnetice E şi W.

Semnul variaţiei deviaţiei de bandă se schimbă în funcţie de bordul în care nava se înclină, fiind cel care rezultă din formula 30, considerând +i când nava se bandează la tribord şi –i, când nava dă bandă la babord. Rezultă că un unghi de bandă egal în cele două borduri, deviaţia este egală şi de semn contrar,

Fig. 33 Drumul compas

76

acest fapt explică oscilarea rozei în orizont într-un sens şi altul pe timpul ruliului, de unghiuri sensibil egale. Coeficientul de bandă (J) la o anumită latitudine magnetică poate fi exprimat ca variaţia deviaţiei (δi +δ) pentru o înclinare de 10, în drumurile magnetice N şi S; se poate calcula după relaţia:

Dmi

J i secδδ −−= (41)

Exemplu: Dc = 00, nava înclinată la tribord de un unghi i = 100. Deviaţia δ =+40, indicată în „tabele de deviaţii” pentru Dc = 00; în comparaţie cu indicaţiile compasului giroscopic, când nava se află înclinată 100, la tribord, Rezolvare:

( )5.00sec10

49 000

00

−−

−=J (42)

Compensarea deviaţiei de bandă pe timpul navigaţiei. Deviaţia de bandă se compensează cu corectorul de bandă, care este un magnet permanent. Compensarea efectuată de către specialist (cu ajutorul balanţei magnetice) este valabilă numai la latitudinea magnetică respectivă. Odată cu schimbarea latitudinii magnetice variază coeficientul de bandă J; pe măsura îndepărtării de latitudinea magnetică a locului compensării, deviaţia de bandă creşte şi roza compasului îşi manifestă instabilitatea în orizont, în condiţiile arătate mai sus, pe mare agitată. Compensarea deviaţiei de bandă pe timpul voiajului se execută astfel:

- corectorul de bandă se plasează în pontilul tubular cu nordul în sus, în emisfera magnetică nordică şi cu nordul în jos, în emisfera magnetică sudică;

- se ia drum magnetic N sau S (în care deviaţia de bandă este maximă) sau un drum apropiat, într-o aliură faţă de val astfel ca nava să aibă un ruliu cu amplitudini cât mai mari;

- se mişcă corectorul de bandă în sus şi în jos, în pontilul tubular, observând simultan comportarea rozei compasului. Corectorul de bandă în poziţia în care roza se manifestă cu maximă stabilitate.

77

Corectorul de bandă nu se apropie la mai puţin de 60 cm de roză; dacă forţa compensatoare trebuie mărită, în scopul evitării unei apropieri de roză sub distanţa limită indicată, se foloseşte drept corector de bandă un magnet cu o intensitate mai mare sau acolo unde instalaţia permite, se utilizează mai mulţi magneţi (orientaţi cu nordul în acelaţi sens).

Procedeul indicat este simplu de executat şi dă rezultate satisfăcătoare în practica navigaţiei. Planul diametral al navei, urmează rigid mişcările navei la orizont. Când nava girează la tribord, drumurile compas cresc spre 3600, iar când girează la babord - scad spre zero. Pe timpul giraţiei navei, funcţie de viteza de giraţie, citirea drumului compas la un moment dat conţine o anumită decalare, care reprezintă suma a două erori:

- eroarea de histerezis magnetic, determinată de întârzierea cu care barele de fier moale de la bord se magnetizează funcţie de noua poziţie dobândită pe timpul giraţiei în raport cu liniile de forţă ale magnetismului terestru şi întârzierea cu care acestea îşi pierd magnetismul indus, corespunzător orientării avute, în raport cu aceleaşi linii de forţă;

- eroarea de antrenare a rozei de către lichidul în care roza este afundată.

La navele maritime comerciale suma celor două erori poate atinge valori până la 50 – 60, depinzând în principal de viteza de giraţie a navei şi de sensibilitatea rozei. Pe timpul guvernării navei în acelaşi drum compas, nava poate să aibă „abateri de la drum”, determinate de o serie de factori, între care principalii sunt: arta cu care timonierul ştie să manevreze cârma pentru menţinerea drumului, partiularităţile constructive ale navei, efectul valurilor, efectul vântului, efectul evolutiv al elicii navei etc. Instruirea timonierilor pentru o guvernare corectă a navei constituie o sarcină importantă a comandantului şi ofiţerilor la bord; obţinerea de către timonieri a unor deprinderi corecte în guvernarea navei constituie într-adevăr valoarea unei arte, care se verifică îndeosebi în condiţii de mare montată şi la navigaţia pe canale, strâmtori etc.

78

Acurateţea cu care compasul magnetic indică micile abateri de la drum este funcţie de sensibilitatea rozei. B. Deviaţia de bandă. Compensarea ei pe timpul navigaţiei În condiţii de ruliu pronunţat, oscilaţiile mari ale rozei compasului într-un bord şi în altul depăşind abaterile normale de la drum ale navei constituie indiciul unor deviaţii de bandă, care se impun a fi compensate Verificarea practică se face în felul următor: se pune prova pe un obiect îndepărtat (obiect de la coastă, navă la orizont etc.); în cazul unor deviaţii de bandă mari, se observă că la abateri neânsemnate de la drum ale navei, variaţiile drumului compas în ambele sensuri sunt mai mari decât aceste abateri, ca urmare a oscilaţiilor rozei la orizont. O asemenea comportare a rozei constituie un indiciu cert al necesităţii compensării deviaţiei de bandă. Aceste manifestări se diminuează odată cu reducerea amplitudinii ruliului şi dispar în condiţii de mare calmă. Este clar că un asemenea compas devine inutilizabil în condiţii de mare montată, atât pentru guvernarea navei, cât şi pentru măsurarea relevmentelor; procedându-se la compensarea deviaţiei de bandă, prin metoda redată mai jos, comportarea rozei devine normală, menţinându-se deviaţiile din tabla de deviaţii determinate în condiţii de calm. Compensarea compasurilor magnetice la navele maritime este efectuată în mod normal de către specialişti autorizaţi pentru asemenea operaţiuni. Studiul teoriei deviaţiilor şi a compensării compasului magnetic constituie obiectul unei lucrări separate. Având în vedere însă faptul că deviaţiile de bandă variază considerabil cu latirudinea magnetică (chiar la un compas recent compensat), cunoaşterea cel puţin a procedeului practic de compensare a acestor deviaţii constituie o obligaţie profesională pentru ofiţerii de punte, la bordul unei nave maritime de cursă lungă. În situaţii când compasul giroscopic este scos din funcţie din motive tehnice, siguranţa navigaţiei în voiaje de cursă lungă, cu variaţii considerabile ale latitudinii magnetice sau cu schimbarea emisferei magnetice, este condiţionată de efectuarea compensării deviaţiei de bandă a compasului

79

magnetic pe timpul navigaţiei, când serviciile specialiştilor de la uscat nu mai pot fi solicitate. Deviaţia de bandă (heeling erorr). Dacă nava se bandează de un anumit unghi, roza compasului rămâne în orizont ca urmare a stabilităţii ei; masa de fier de la bord îşi modifică însă poziţia faţă de roză (rel.32), determinând o anumită schimbare a acţiunii forţelor magnetice. Astfel, componenta verticală R a câmpului magnetic permanent al navei, care în poziţie de echilibru a navei nu are nici o acţiune deviatoare, determină prin bandarea acesteia de un unghi i o componentă orizontală Ri = R sin i, capabilă să devieze roza din meridianul compas (fig. 34). Unghiul de bandă i se consideră pozitiv pentru o bandă la tribord (fig. 34 a) şi negativ, când nava se bandează la babord (fig. 34 b). Când unghiul de bandă în cele două borduri este egal, componenta orizontală generată Ri este egală şi de sensuri contrarii, forţa acţionând în bordul opus înclinării. Cosiderând δi = deviaţia de bandă (deviaţia compasului în poziţia înclinată a navei) şi δ = deviaţia în poziţia de echilibru, variaţia deviaţiei δi - δ în poziţia înclinată a navei în comparaţie cu cea în poziţie de echilibru este dată de expresia: DmiJi cos⋅⋅−=−δδ (43) unde J = coeficientul deviaţiei de bandă, care variază cu latitudinea magnetică.

Fig. 34 Deviaţia de bandă

a. b.

80

Cunoscând deviaţia în poziţie de echilibru a navei din tabela de deviaţii şi deviaţia δi în poziţie de înclinare a navei, se poate determina coeficientul deviaţiei de bandă. Formula (43) arată că variaţia deviaţiei de bandă este:

- proporţională cu unghiul de bandă; - maximă în drumurile magnetice N şi S; - zero în drumurile magnetice E şi W.

Semnul variaţiei deviaţiei de bandă se schimbă în funcţie de bordul în care nava se înclină, fiind cel care rezultă din formula (43) considerând +i cand nava se bandează la tribord şi –i, când nava dă bandă la babord. Rezultă că un unghi de bandă egal în cele două borduri, deviaţia este egală şi de semn contrar, acest fapt explică oscilarea rozei în orizont într-un sens şi altul pe timpul ruliului, de unghiuri sensibil egale. Coeficientul de bandă (J) la o anumită latitudine magnetică poate fi exprimat ca variaţia deviaţiei (δi +δ) pentru o înclinare de 10, în drumurile magnetice N şi S; se poate calcula după relaţia:

Dmi

J i secδδ −−= (44)

Exemplu: Dc = 00, nava înclinată la tribord de un unghi i = 100. Deviaţia δ =+40, indicată în „tabele de deviaţii” pentru Dc = 00; în comparaţie cu indicaţiile compasului giroscopic, când nava se află înclinată 100, la tribord, Rezolvare:

( )5.00sec10

49 000

00

−−

−=J (45)

Compensarea deviaţiei de bandă pe timpul navigaţiei. Deviaţia de bandă se compensează cu corectorul de bandă, care este un magnet permanent. Compensarea efectuată de către specialist (cu ajutorul balanţei magnetice) este valabilă numai la latitudinea magnetică respectivă. Odată cu schimbarea latitudinii magnetice variază coeficientul de bandă J; pe măsura îndepărtării de latitudinea magnetică a locului compensării, deviaţia de bandă creşte şi roza

81

compasului îşi manifestă instabilitatea în orizont, în condiţiile arătate mai sus, pe mare agitată. Dacă nava are o înclinare permanentă într-un bord, ca urmare a unei stabilităţi iniţiale negative cauzată de modul de înărcare sau a repartiţiei transversale inegale a greutăţilor la bord, se generează o deviaţie de bandă constantă; ea creşte proporţional cu variaţia latitudinii magnetice. Compensarea se execută în modul arătat mai sus, în momentul în care se oferă condiţii de ruliu. C. Măsurarea relevmentelor la bord Relevmentelor se măsoară cu ajutorul alidadei, ca relevmente compas sau relevmente prova. Relevmentele compas (unghiul în orizont, cu vârful în centrul rozei, format între direcţia nord compas şi direcţia la obiect), se măsoară cu ajutorul alidadei, montată pe compasul etalon. Pentru măsurarea relevmentului compas la un obiect se procedează astfel (fig. 35): - se orientează alidada pe direcţia obiectului, astfel încât centrul obiectului să fie vizat în planul vertical determinat de crestătura ocularului (1) şi firul reticular al obiectivului (2). Mânuirea alidadei pentru vizarea obiectului se face astfel, încât să se evite înclinarea acesteia; - simultan cu vizarea obiectului, se citeşte relevmentul compas în prisma ocularului (3), reprezentat de gradaţia rozei aflată în dreptul indicelui prismei; acest indice se află în planul de vizare al alidadei. Prisma are rolul de a mări imaginea rozei în dreptul ocularului, facilitând astfel citirea relevmentelor. Relevmentele compas se citesc la precizie de 00.5.

Fig. 35

3

2

1

82

Pe timpul nopţii, relevarea farurilor se efectuează prin îndreptarea alidadei în planul de vizare al semnalului luminos. Relevmentelor prova se măsoară în acelaşi mod, citirea unghiului dată de planul diametral al navei făcându-se pe un cerc azimutal, gradat 3600 circular şi montat pe cutia compasului etalon sau pe repetitoarele compasului giroscopic instalate în borduri, pe puntea de comandă. Cercurile azimutale sunt orientate cu diametrul 00 - 1800 în planul diametral al navei (cazul cercurilor azimutale montate pe repetitoare). Măsurarea relevmentelor prova se face astfel (fig. 36):

- se determină relevmentul prova la obiect citind gradaţia de pe cercul azimutal aflată în dreptul indicelui ocularului. Pentru a se face citirea directă a relevmentelor prova, cercul azimutal se instalează cu gradaţiile decalate cu 1800, astfel: 00 spre pupa, 1800 spre prova, 900 travers babord 900 travers tribord.

În figura 36 relevmentul prova măsurat este 400.

În cazul în care interesează obţinerea relevmentului compas simultan cu vizarea obiectului pentru măsurarea relevmentului prova, la semnalul „stop”! dat de către observator, timonierul citeşte drumul la compas la precizie de 00.5. Relevmentul compas în acest caz se obţine din relaţiile: Rc = Rp +Dc (în cazul folosirii unui cerc azimutal gradat în sistemul circular); Td

BdRpDcRc ±= (în cazul utilizării unui cerc azimutal gradat în sistemul semicircular)

Fig. 36

83

III.5.5. Convertirea drumurilor şi a relevmentelor Aşa cum s-a arătat mai sus, în centrul O al rozei compasului aflat în orizontul adevărat al acestuia se intersectează trei meridiane (adevărat, magnetic, compas), respectiv cele trei direcţii nord pe care le determină şi anume: (fig. 37)

- direcţia nord adevărat (O - Na); - direcţia nord magnetic (O - Nm); - direcţia nord compas (O - Nc).

Direcţia nord magnetic este determinată în raport de direcţia nord adevărat, în funcţie de valoarea şi sensul (semnul) declinaţiei magnetice d; direcţia nord compas este determinată în raport de direcţia nord magnetic în funcţie de valoarea şi sensul (semnul) deviaţiei magnetice δ. Suma, a declinaţiei şi deviaţiei de numeşte corecţia compasului: δ+=∆ dc (46) reprezentând unghiul cu vârful în centrul rozei, format între direcţia nord adevărat şi direcţia nord compas; direcţia nord compas este la est (vest) faţă de direcţia nord adevărat, dacă corecţia compasului este pozitivă (negativă). Drumul navei, ca unghi format în orizontul adevărat al rozei cu vârful în centrul acesteia (O), ia denumirea meridianului de la care se măsoară şi anume:

Fig. 37

84

- drumul adevărat al navei (Da = unghiul NaOL); - drumul magnetic al navei (Dm = unghiul NmOL); - drumul compas al navei (Dc = unghiul NcOL).

Relevmentul la un obiect F, ca unghi format la orizontul adevărat rozei cu vârful în centrul acesteia (O), ia denumirea meridianului de la care se măsoară, astfel:

- relevmentul adevărat (Ra = unghiul NaOF); - relevmentul magnetic (Rm = unghiul NaOF); - relevmentul compas (Rc = unghiul NcOF).

În determinarea problemelor de drum şi determinare a poziţiei navei, în practica navigaţiei, se impune frecvent transformarea drumului (relevmentului) adevărat în drum (relevment) compas sau drum (relevment) magnetic şi invers. Astfel, pentru deplasarea navei dintr-un punct în altul, se scoate din hartă sau se calculează drumul adevărat care leagă cele două puncte; acesta se transformă în drum compas pentru guvernarea navei după compasul magnetic, în scopul deplasării navei între cele două puncte. De asemenea, relevmentele compas măsurate la diferite repere de navigaţie se transformă în relevmente adevărate, care se trasează pe hartă în scopul determinării poziţiei navei. Operaţiunea aceasta de transformare este denumită convertirea drumurilor şi relevmentelor. Relaţiile pentru convertirea drumurilor sunt următoarele (a se urmări pe fig. 38). Da = Dm + d ............. Dm = Da - d (46’) Dm = Dc + δ ............. Dc = Dm - δ (47) Da = Dc +δ + d sau Da = Dc +∆ d (48) Dc = Da - d - δ (49) Relaţiile (47) şi (48) au o importanţă deosebită în navigaţie; ele servesc la convertirea drumului compas în drum adevărat şi invers. Observând fig. 38, se stabilesc următoarele relaţii pentru convertirea relevmentelor: Ra = Rm + d ............. Rm = Ra - a (50) Rm = Rc + δ ............. Rc = Rm - δ (51) Ra = Rc + δ + d sau Ra = Rc + ∆c (52) Rc = Ra – d - δ sau Rc = Ra - ∆c (53)

85

Formulele (52) şi (53) au o mare aplicabilitate în navigaţie, fiind folosite pentru convertirea relevmentelor compas în relevmente adevărate şi invers, în rezolvarea problemelor de determinare a poziţiei navei. De asemenea, o importanţă deosebită în navigaţie prezintă relaţia pentru calculul deviaţiei şi corecţiei compasului şi anume: δ = Dm - Dc sau δ = Rm - Rc (54) ∆c = Da - Dc sau ∆c = Ra - Rc (55) Formulele (54) se utilizează la aplicarea procedeelor pentru determinarea deviaţiilor compasului magnetic; formulele (52) şi (54) se folosesc pentru controlul deviaţiei, respectiv al corecţiei compasului, pe timpul navigaţiei. Relaţiile pentru convertirea drumurilor şi relevmentelor menţionate mai sus se rezolvă algebric, declinaţia, deviaţia şi corecţia compasului intrând în calcul cu semnul algebric respectiv. Calculele pentru convertirea drumurilor sunt simple; determinarea unor drumuri precise este însă de importanţă vitală pentru siguranţa navigaţiei, îndeosebi în apropierea coastei şi în general în zonele cu pericole de navigaţie. Au fost frecvente cazuri când, datorită erorilor în determinarea drumului navei s-au provocat dezastre maritime. Studiind originea acestora, se poate conclude că au existat cazuri când erorile au fost datorate superficialităţii cu care s-au efectuat calculele de convertire, tocmai pentru că au fost tratate ca nişte „probleme simple”. De aceea, considerăm util a reaminti şi aici că problemele legate de determinarea drumului, de la scoaterea din hartă până la transmiterea lui către timonier pentru guvernarea navei, trebuie tratate cu o atenţie deosebită.

Fig. 38

86

Pentru exerciţiile care urmează, deviaţiile se scot din tabela de deviaţii, (Anexa 1). Exemplul 1 15 mai 1973. Pentru deplasarea navei din punctul A în punctul B, se scoate din hartă Da = 1510. Pe hartă, roza magnetică cea mai apropiată de poziţia navei indică: D1963 = - 7050’ descreşte anual 8’. Se cere Dc care urmează a se ordona timonierului. Rezolvare: (formula 49, 51): Calculul Dc Calculul d

5.1575.6

150

0

0

0

=−=−

=

Dmd

Da ( ) 5.6

'306'201'810var

'507

00

1973

0

01963

−=−=

+=×+

−=

d

d

5.1607.1602.3 0

0

0

≅=−=−

Dcδ

δ = - 3.20 se scoate din tabela de deviaţii, în funcţie de Dm = 1570.5. Calculul Dc se face la precizie de 00.1; se ordonă timonierului rotirea la precizie de 00.5 (în exemplul dat Dc = 1600.5). Exemplul 2 15 mai 1973. Nava navigă în Dc = 1610 în condiţiile date în exemplul 1 şi măsoară următoarele relevmente pentru determinarea poziţiei navei: - la farul F ..... Rc = 1920.5 în Dc = 1610; - la farul T ..... Rp = 3030 şi simultan (la „stop”) timonierul citeşte drumul compas în care se afla nava în acel moment, Dc = 1600. Se cer Ra corespunzătoare care urmează a fi trasate pe hartă. Rezolvare: (formula 51 şi relaţia Ra + Da + Rp) Calculul Ra la farul F (fig.39): Calculul ∆c

8.182

7.95.192

0

0

0

=−=∆+

=

Rac

Rc

7.02.35.6

0

0

0

−=∆−=+

−=

c

dδ pt. Dc = 1610

87

Calculul Ra la farul T (fig. 39)

463160303

0

0

==+

=

RcDcRp

0

0

103360=−

Rc

3.937.9

0

0

=−=∆+

Rac

Calculul ∆c

7.9

2.35.6

0

0

0

−=∆−=−

−=

c

dδ pt. Dc = 1600

Exemplul 3 20 mai 1973. Se ia Dc = 2350. Roza magnetică cea mai apropiată de poziţia navei, pe hartă, indică: d1958 = - 0030’ descreşte anual 10’. Se cere Da care trebuie trasat pe hartă. Rezolvare: (formula 48): Calculul Da Calculul d

223823

235

0

0

0

⋅=⋅−=∆+

=

Dac

Dc ( )

'002'302'1015var

'300

01973

0

01958

+=+=×+

−=

d

d

Calculul ∆c

23

212

0

0

0

⋅+=∆⋅+=+

+=

c

dδ pt. Dc = 2350

Fig. 39

88

Exemplul 4 20 mai 1973. Nava merge în Dc = 2350 în condiţiile arătate la exemplul 3. Când farul M se vede în Ra = 730 (scos de pe hartă), nava trebuie să se schimbe de drum. Se cere Rc şi Rp în care trebuie relevat farul M în momentul schimbării de drum. Rezolvare: (formula 48): Calculul Rc Calculul ∆c

00

0

0

708.6923

73

≅=⋅±=∆−

=

Rcc

Ra

2321

2

0

0

0

⋅+=∆⋅+=+

+=

c

dδ pt. Dc = 2350

Calculul Rp

0

0

0

43036070

+

=Rc

0

0

195235

==−

RpDc

III.6. Proprietăţile mecanice ale giroscopului liber

Funcţionarea compasului giroscopic liber sau a giroscopului, se bazează pe proprietăţile mecanice ale giroscopului. Giroscopul este construit dintr-un TOR (1) (fig. 40) - un corp rotund, masiv, având masa uniform repartizată în raport cu axa de rotaţie proprie AB şi un sistem de suspensie cardanică. Torul este capabil să execute o mişcare de rotaţie rapidă în jurul axei sale de simetrie, cu frecări minime, practic considerate neglijabile. Sistemul cardanic constă din două cercuri mobile: cercul cardanic orizontal (2) care se poate roti în jurul axei CD şi cercul cardanic vertical (3) orientabil în jurul axei EF. Cele trei axe ale giroscopului AB, CD şi EF le considerăm definite în sistemul ortogonal XX’, XY’ şi ZZ’. Torul de forma unui disc cu o coroană circulară periferică, masiv, poate executa următoarele mişcări:

89

- o rotaţie proprie, rapidă, în jurul axei

XX’, denumită axa de rotaţie proprie, axa de simetrie sau axa principală a giroscopului;

- o rotaţie în jurul axei orizontale YY’, permiţând axei principale a giroscopului să se orienteze în raport cu orizontul adevărat al locului;

- o rotaţie în jurul axei verticale ZZ’, care face posibilă orientarea axei principale a giroscopului în raport cu meridianul adevărat al locului.

Un asemenea giroscop a cărui axă principală poate lua orice orientare în spaţiu se numeşte giroscop cu trei grade de libertate sau giroscop liber. La un giroscop liber, originea celor trei axe ale sistemului ortogonal trebuie să se confunde cu centrul geometric al giroscopului care constituie în acelaşi timp atât centrul de greutate al sistemului, cât şi centrul său de suspensie; la un astfel de girscop, momentul forţei gravitaţionale este nul, braţul forţei fiind zero. Un giroscop cu trei grade de libertate mai poate fi definit ca un solid de rotaţie suspendat în spaţiu, fără nici o legătură rigidă. Pământul, deci, animat de mişcarea sa dinamică de rotaţie se comportă ca un enorm giroscop liber. III.6.1. Transformarea giroscopului în girocompas Gradele de libertate ale unui iroscop se pot reduce la două sau chiar la unu. Astfel că axa de rotaţie proprie AB este în orizont şi se blochează axa orizontală CD, giroscopul se poate roti numai în jurul axei principale XX’ şi a axei verticale ZZ’ menţinându-se continuu în orizont; un asemenea giroscop are două grade de libertate. Dacă se blochează atât axa CD cât şi EF se obţine un giroscop cu un grad de libertate, care se poate roti numai în jurul axei XX’. Este posibil ca unul din gradele de libertate ale giroscopului să nu fie anulat, ci numai limitat. La un astfel de giroscop în poziţia în care este liber, momentul forţei exterioare este nul; la ieşirea din această poziţie, momentul

Fig. 40 Giroscop liber

2

1

2

B

C

F

y

z E

D

A

z’

90

generat de forţa exterioară tinde să reducă axa principală a giroscopului în poziţia sa iniţială. Un asemenea giroscop este cel folosit la realizarea compasului giroscopic. La majoritatea compasurilor giroscopice folosite la bordul navelor viteza de rotaţie a giroscopului este în jur de 20000 rotaţii/minut, torul constituind el însuşi rotorul unui motot electric. Pe cale experimentală s-a demonstrat că, dacă unui giroscop liber i se imprimă un număr foarte mare de rotaţii acesta se comportă de o manieră proprie manifestată prin doup proprietăţi fundamentale: inerţia giroscopului şi precizia. Realizarea compasului giroscopic are la bază aceste proprietăţi. În continuare extremitatea axei principale a giroscopului de unde torul se vede rotindu-se în sensul acelor unui ceasornic (sens retrograd) se notează cu A, iar cea opusă cu B; de asemenea:

- momentul unei forţe se consideră pozitiv, dacă provoacă o mişcare de rotaţie în sens retrograd şi negativ, dacă rotaţia determinată este în sens direct;

- vârful vectorului care reprezintă viteza unghiulară de rotaţie se consideră în acea parte, de unde privind spre punctul său de aplicaţie, rotaţia se vede în sens retrograd.

III.7. Funcţionarea giroscopului după schema bloc

Există la ora actuală o mare diversitate atât de principiu cât şi constructivă de realizare a compaselor giroscopice. Principalul criteriu după care giroscoapele se deosebesc între ele este modalitatea transformării giroscopului în girocompas, modul cum este folosită proprietatea de precizie a giroscopului pentru a fi adus cu axa principală de rotaţie pe direcţia N-S. Aceasta se realizează prin:

- listarea giroscopului liber, în giroscoapele astfel realizate se numesc pendulare (Kurs, Ghirea, Microtehnica)

- ataşarea de giroscop a două vase comunicante cu lichid (Sperry, Brown) şi

- electromagnetic. Un alt criteriu după care giroscoapele se deosebesc între ele este felul cum s-a realizat suspensia elementului sens:

91

- pe inele cardanice Sperry, Brown - în lichid Anshutz, Kurs, Amur - în lichid şi cu pivot Hokushin.

După felul cum compensează eroarea de balama giroscoapele pot fi monogiroscopice şi bigiroscopice. O serie de alte deosebiri constructive fac posibilă o mare diversitate de tipuri de giroscoape. Partea principală a unui giroscop este elementul sensibil. Format dintr-un giroscop sau mai multe, transformat în girocompas printr-una din metodele prezentate în capitolul. Suspendat, acesta îşi păstrează neschimbată în planul orizontului axei principale de rotaţie. Pentru citirea mai comodă a informaţiilor furnizate de elementul sensibil şi crearea posibilităţii multiplicării lor s-a prevăzut sistemul de urmărire. Printr-o metodă oarecare, fără a influenţa cu nimic elementul sensibil, sistemul de urmărire urmăreşte permanent poziţia girosferei. Acesta este astfel construit ca printr-un moment mare la arborele motor să poate pune în funcţiune un sistem de multiplicare a informaţiilor furnizate de elementul sensibil şi transmite aceste informaţii în diferite puncte de pe navă unde acestea sunt necesare. Ca sursă de alimentare cu energie electrică pentru punerea în funcţiune a întregii instalaţii se foloseşte reţeaua navei sau uneori o sursă separată. Giroscoapele fiind în majoritate motoare asincrone de mare turaţie este necesară o frecvenţă mare a tensiunii de alimentare diferită de obicei de cea a bordului. Pentru aceasta între girocompas şi reţea se interpun convertizoare rotative sau convertoare statice. O temperatură mare poate duce la deformări mecanice, creşterea rezistenţei conductoarelor, variaţia volumelor lichidelor care pot introduce erori în indicaţia aparatului. Tocmai pentru aceasta majoritatea giroscoapelor au prevăzut un sistem de semnalizare a depăşirii limitelor de temperatură. După cum rezultă, indicaţiile giroscoapelor afectate de eroarea de viteză şi elementul sensibil nu indică direcţia Nord. Printr-un corector al erorii de viteză aplicat sistemului de urmărire (un element sensibil) la repartitoare se poate citi corect poziţia Nordului geografic. Timpul mare necesar orientării girocompasului în meridian este defavorabil folosirii oportune a acestuia. La navele militare acesta este un mare

92

inconveniein şi de aceea s-au prevăzut în instalaţie diferite procedee pentru orientarea elementului sensibil pe o poziţie apropiată de meridian. Poziţia meridianului se citeşte fie la compasul magnetic fie după observaţii astronomice sau costiere. După aceasta girocompasul se orientează singur în meridian după un timp foarte scurt proporţional cu precizia cu care a fost fixat iniţial. În figura 40 bis este prezentată schema bloc cea mai generală a unui compas giroscopic. III.7.1. Erorile girocompasului Din cele arătate mai sus rezultă că la un girocompas instalat pe o platformă fixă la uscat şi pus în funcţiune, după amortizarea oscilaţiilor, axa principală se orientează în meridianul locului, extremitatea sa nord indicând direcţia nord adevărat. Direcţiile determinate în orizontul adevărat, în raport cu linia nord-sud indicată de un asemenea girocompas, sunt direcţii adevărate, lipsite de erori. Acelaşi girocompas instalat la bordul navei, aflată în navigaţie, prezintă o comportare diferită. Mişcările la care nava este supusă (mişcarea navei într-un anumit drum, cu o anumită viteză, creşterea sau reducerea vitezei, schimbările de drum, ruliul şi tangajul etc.), generează o serie de erori care fac ca direcţia nord girocompas să fie diferită de direcţia nord adevărat: prin direcţia nord girocompas (ONg) se înţelege direcţia determinată de axa principală a compasului giroscopic, indicată de linia nord-sud a rozei acestuia.

ÎNREGISTRATOR

RĂCIRE REPETITOR

SURSA DE ALIMENTARE

ELEMENTUL SENSIBIL

SISTEM DE URMĂRIRE

TRANSMISIE SINCRONĂ

SEMNALIZARE TEMP

ORIENTARE RAPIDĂ

PILOT AUTOMAT

CORECTORI AI ERORII DE VITEZA

Fig. 40 bis

93

Principalele erori care afectează precizia indicaţiilor compasului giroscopic sunt următoarele: a. deviaţia girocompasului (δg) sau eroarea de viteză, generată de mişcarea navei. Mărimea ei este funcţie de drumul navei, viteză şi latitudinea locului; este independentă de caracteristicile constructive ale compasului giroscopic şi de instalarea acestuia la bord. Mărimea acestei erori se poate determina cu precizie şi efectul ei se elimină sub forma unei corecţii; b. eroarea cauzată de variaţia vitezei sau schimbarea drumului navei; c. eroarea rămasă, reperezentată de unghiul dintre axa principală a girocompasului şi noua direcţie nord girocompas, corespunzătoare noilor elemente de mişcare ale navei, în cazul variaţiei vitezei sau drumului navei; d. eroarea de balans, generată de ruliul şi tangajul navei; e. erori accidentale, cauzate în principal de antrenarea elementului sensibil al girocompasului la schimbările de drum ale navei, de vibraţiile corpului navei şi de variaţia vitezei de rotaţie a giroscopului; f. eroarea de colimaţie a rozei girocompasului mamă, generată de neparalelismul liniei 00 - 1800 a rozei cu axa girocompasului - la compasul monogiroscopic sau cu rezultanta mişcărilor de rotaţie a giroscoapelor, la instalaţiile bi- sau trigiroscopice. Această eroare este constantă ; mărimea ei este determinabilă şi se poate înlătura printr-o orientare corespunzătoare a liniei de credinţă a giroscopului mamă; o eventuală eroare rămasă poate fi eliminată prin aplicarea unei corecţii constante. La compasurile moderne, aflate într-o stare normală de funcţionare, precizia indicaţiilor girocompasului este considerabil mai mare decât la un compas magnetic. III.7.1.1. Deviaţia giroscompasului Deplasarea navei într-un anumit drum cu o anumită viteză pe suprafaţa sferică a Pământului cauzează o mişcare de rotaţie suplimentară în spaţia a orizontului adevărat: planul orizontului coboară înspre prova navei şi se ridică înspre pupa; axa acestei mişcări de rotaţie a orizontului este axa transversală a navei, orientarea ei fiind deci în funcţie de drumul navei, iar viteza unghiulară proporţională cu viteza navei.

94

Mişcarea navei într-un drum D cu o viteză V se poate imagina descompusă în două mişcări:

- una orientată pe meridian, denumită componenta meridiană a vitezei V1 = V cos D; (56)

- a doua, orientată pe paralelul locului V2 = V sin D. (57) Componenta V2 se poate socoti neglijabilă, în raport cu mişcarea de rotaţie a Pământului de la vest la est, care are o viteză considerabil mai mare. Componenta V1 însă are un efect apreciabil, deoarece ea se compune cu mişcarea de rotaţie a Pământului, reprezentată de vectorul OF , dând naştere

unei mişcări rezultante OG , care exprimă mişcarea reală de deplasare a navei în spaţiu. Nava se deplasează deci în spaţiu ca şi când ar fi antrenată de Pământ într-o mişcare de rotaţie, în jurul unei axe Ong, normală la vectorul rezultant

OG . Direcţia Ong, denumită direcţia nord girocompas, reprezintă direcţia în care tinde să se orienteze axa principală a girocompasului AB, sub acţiunea combinată a rotaţiei Pământului şi a mişcării navei. Direcţia nord girocompas Ong formează cu direcţia nord adevărat Ona un unghi δg, denumit deviaţia girocompasului sau eroarea de viteză; valoarea deviaţiei girocompas se deduce din triunghiul OFG, dreptunghic în F, în care: gNaONgFOG δ==pp

Fig. 41

95

DVVFG cos1 ==

OF reprezintă mişcarea de rotaţie a Pământului. O navă staţionară la ecuator se mişcă în spaţiu cu viteza periferică ROF ⋅= ω , iar într-un punct de

latitudine ϕ, cu viteza ϕω cosROF = ; ω exprimă viteza unghiulară de rotaţie a Pământului, iar raza R este raza sferei terestre.

Figura 41, arată că pentru drumurile cuprinse în cadranul NE, deviaţia girocompasului δg est vestică sau negativă ; mărimea ei este exprimată de relaţia:

ϕω

δcos

cosR

DVgtg −= (58)

în care, substituind tangenta trigonometrică cu mărimea arcului, deoarece δg ia valori mici, se obţine:

ϕω

δcos

cosR

DVg −= (59)

Viteza de rotaţie a Pământului în timp de o oră este hh

/1524360 0

0

= ; un

punct de pe ecuatorul terestru se roteşte deci cu viteza hMmhOF /900/'900'60150 ==×= (considerând 1’ de arc de cerc mare pe sfera

terestră egal cu 1 Mm). Rezultă că viteza de rotaţie în spaţiu a unui punct de pe un paralel de latitudine ϕ, în Mm/h, este .cos900 ϕ=OF

Astfel, pentru a obţine δg în grade, funcţie de drum şi viteza navei în noduri, relaţia de mai sus se poate scrie în forma:

ϕ

δcos900

cos DVg −= (60)

Relaţia (60) este folosită în navigaţie pentru calculul deviaţiei girocompasului; pe baza ei este întocmită tabela deviaţiei girocompasului,

96

funcţie de latitudine, drum şi viiteza navei, conţinută într-o serie de tabele nautice. Formula (60) arată că deviaţia girocompasului este proporţională cu viteza navei, zero în drumurile est şi vest, maximă în drumurile nord şi sud. Semnul algebric al membrului din dreapta a formulei (60), stabilit pentru cadranul NE, se verifică pentru toate cadranele orizontului; deviaţia girocompasului este negativă pentru drumurile nordice (2700-3600-900) şi pozitivă pentru drumurile sudice (900-1800-2700). Deviaţia girocompasului creşte cu latitudinea; la latitudini mai mici de 600 şi viteze până la 20 Nd, deviaţia girocompasului ia valori cuprinse între ±20 .5. De exemplu, la latitudinea ϕ = 300 N, Da = 150, V = 16 Nd, din tabela deviaţiei girocompasului se obţine δg = - 10. 1

La girocompasurile tupul Microtecnica, de exemplu, instalate pe navele Bucureşti şi Dobrogea, deviaţia girocompasului pentru corectarea drumurilor şi relevmentelor se determină pe această bază, folosind tabela deviaţiei girocompasului. Majoritatea tipurilor de compasuri giroscopice moderne sunt prevăzute însă cu un corector automat "Delta" pentru deviaţia girocompasului. Aceasta efectuează corectarea automată a indicaţiilor girocompasului mamă, repetitoarelor şi a trasorului de drum pentru valoarea deviaţiei δg. Corectorul funcţionează automat pentru drumul navei şşi se reglează manual pentru latitudinea locului (la variaţii de 50), precum şi pentru viteza navei ; la o serie de instalaţii, corectorul funcţionează automat şi pentru viteza navei, fiind conectat cu lochul. Reglarea corectorului "Delta" în funcţie de latitudine şi acolo unde este cazul şi de viteza navei, se efectuează la bord prin grija ofiţerului maritim II.

III.7.1.2. Eroarea cauzată de varaţia vitezei sau schimbarea drumului navei Presupunem un pendul suspendat la bordul unei nave: atâta timp cât nava este staţionară sau se mişcă cu o viteză constantă, pendulul se menţine în poziţie de echilibru, orientat pe direcţia verticalei locului. Pe timpul creşterii vitezei navei, pendulul este supus unei abateri spre pupa. Direcţia pe care se orientează pendulul în acest caz este direcţia rezultantei determinată prin

97

combinarea acceleraţiei gravitaţiei cu acceleraţia navei - în sens opus drumului; pentru explicaţia în continuare a fenomenului, să o denumim direcţia aparentă a gravitaţiei sub efectul acceleraţiei navei, iar oriontul perpendicular pe această direcţie să-l numim orizont aparent. Creşterea vitezei navei influenţează şi comportarea girocompasului (care are la bază folosirea girocompasului - pendul). Pe timpul cât acţionează acceleraţia navei, forţa P a momentului de stabilitate a girosferei este orientată pe direcţia aparentă a gravitaţiei, iar orizontul aparent coboară înspre prova navei şi se ridică înspre pupa; axa de rotaţie a orizontului, cauzată de creşterea vitezei, se confundă cu axa transversală a navei, care trece prin centrul girosferei. Considerăm nava în drum nord. Pe timpul creşterii vitezei, extremitatea nord a axei girocompasului se menţine în orizontul adevărat, deasupra orizontului aparent; în această poziţie ia naştere o mişcare de precesie în sens direct, spre vest, care scoate axa girocompasului din meridian. Abaterea axei girocompasului din meridian astfel generată este denumită eroarea de variaţie a vitezei navei. Fenomenul durează atâta timp cât are loc variaţia vitezei. În caz de reducere a vitezei, în drum nord, orizontul aparent se ridică înspre prova navei şi coboară înspre pupa. Extremitatea nord a girocompasului se află sub orizontul aparent pe timpul reducerii vitezei; mişcarea de precesie generată are loc în sens retrograd, spre est. În drum 1800, sensul abaterilor extremităţii nord a girocompasului este invers: la creşterea vitezei navei, spre est şi la reducerea vitezei, spre vest. În drumurile 900 şi 2700, axa girocompasului este orientată în axa transversală a navei, care constituie şi axa de rotaţie aparentă a orizontului - determinată de variaţia vitezei navei, astfel că eroarea este nulă. Într-un drum oarecare D, la o anumită variaţie a vitezei navei V’ – V (unde V = viteza iniţială şi V’- viteza finală, (acţionează doar componenta meridiană a variaţiei vitezei (V’ – V) cos D, cu care eroarea de variaţie a vitezei navei este proporţională. De asemenea, acţiunea variaţiei vitezei navei este direct proporţională cu greutatea P a girosferei şi cu înălţimea metacentrică a acesteia, a. Eroarea de variaţie a vitezei navei (ε) este dată de expresia:

98

( )gI

DVVPaΩ−

=cos'ε (61)

unde: I = momentul de inerţie al torului ; Ω = viteza unghiulară de rotaţie a torului; g = acceleraţia gravitaţiei. Schimbările de drum, care determină variaţia componentei meridiane a mişcării navei (formula 61), cauzează o eroare similară celei generate de creşterea sau reducerea vitezei navei. III.7.1.3. Eroarea rămasă S-a arătat cum axa girocompasului a fost scoasă din meridian din poziţia sa de echilibru, ca urmare a variaţiei vitezei sau schimbării drumului navei. Schimbarea vitezei sau drumul navei conduce simultan în variaţia componentei meridiane a mişcării navei, deci odată cu aceasta şi la o anumită variaţie ∆δg a deviaţiei girocompasului; rezultă că la noua viteză sau la noul drum, noua direcţie nord girocompas care devine poziţia de echilibru a axei girocompasului este diferită faţă de direcţia nord girocompas iniţială (dinamica schimbării elementelor de mişcare ale navei), cu o mărime iniţială (dinaintea schimbării elementelor de mişcare ale navei ), cu o mărime ∆δg. De exemplu, la latitudinea de 600, în drum nord, o creştere a vitezei de 8 Nd cauzează o variaţie ∆δg a deviaţiei girocompasului de 10 spre vest, ca urmare a variaţiei componente meridiane a mişcării navei; rezultă că noua direcţie nord girocompas este deviată spre vest cu 10. Mişcarea de procesie cauzată de eroarea de creştere a vitezei navei are loc, în exemplul dat, tot spre vest, adică, axa girocompasului tinde să se orienteze în noua poziţie de echilibru pe noua direcţie nord girocompas. La terminarea manevrei de schimbare a vitezei sau drumului navei (cu o durată de ordinul minutelor), datorită precesiei generale, axa principală a girocompasului poate să ocupe în raport cu noua direcţie nord girocompas una din următoarele poziţii:

a. axa girocompasului se află orientată pe noua direcţie nord girocompas;

99

b. axa girocompasului nu a ajuns încă pe noua direcţie nord girocompas;

c. axa girocompasului, în cursul precesiei efectuate, a depăşit noua direcţie nord girocompas.

În continuare, în cazurile b şi c, axa principală a girocompasului va oscila încet, ca urmare a procesiei generate de schimbarea vitezei sau drumului navei, până când va ajunge pe noua direcţie nord girocompas. Până la realizarea acestei coincidenţe, unghiul format la un moment dat între axa principală a girocompasului şi noua direcţie nord girocompas constituie aşa numita eroare rămasă. Ea este maximă la terminarea manevrei de schimbare a vitezei sau drumului navei, se micşorează continuu pe măsură ce axa girocompasului se apropie de direcţia nord girocompas, devenind zero în momentul realizării coincidenţei. Desigur, situaţia cea mai favorabilă este constituită de cazul în care mişcarea de precesie generată de variaţia vitezei sau drumului navei orientează direct axa principală a girocompasului - pe noua direcţie girocompas: în acest caz, eroarea rămasă este nulă. Pentru a se realiza o asemenea situaţie favorabilă trebuie ca eroarea ε de variaţie a vitezei navei să fie egală cu variaţia ∆δg a deviaţiei girocompasului; ∆δg se calculează din variaţia proiecţiei meridiane a variaţiei vitezei navei (V’ – V) cos D, aplicând formula 60:

( )ϕω

δcoscos'

RDVVg −

=∆ (62)

Egalitatea celor două mărimi ε şi ∆δg se poate realiza asigurând o valoare corespunzătoare înălţimii metacentrice a; la o aceeaşi latitudine, soluţia este valabilă în toate drumurile, deoarece atât ε cât şi ∆δg variază proporţional cu cos D. Egalând expreiile care dau pe ε (formula 61) şi ∆δg (formula 62)

( ) ( )ϕω cos

cos'cos'R

DVVgI

DVVPa −=

Ω−

100

se determină valoarea favorabilă a înălţimii metacentrice a girosferei:

ϕω cosRP

gIa Ω= (63)

Introducând această valoare a înălţimii metacentrice a în formula care dă perioada oscilaţiilor giroscopului:

ϕω

πcos

2Pa

IT Ω= (64)

se obţine:

gRT π2= (65)

care reprezintă perioada de oscilaţie favorabilă a girocompasului cu înălţimea metacentrică a (dată de formula 63) la latitudinea ϕ, la care eroarea ε de variaţie a vitezei navei este egală cu variaţia ∆δg a deviaţiei girocompasului. Considerând raza sferei terestre R = 6,4 x 108 cm şi g = 981 cm/s2, se obţine T = 5075 secunde = 84.6 min. La un asemenea girocompas, la latitudinea ϕ, eroarea rămasă este nulă. Navele care navigă într-o zonă restrânsă, fără variaţii mari de latitudine, înălţimea metacentrică a se poate stabili pentru latitudinea apelor respective. Pentru navele de cursă lungă, practic înălţimea metacentrică a se determină pentru latitudini medii. Schimbarea latitudinii nu afectează eroarea ε de variaţie a vitezei navei, ci numai variaţia ∆δg a deviaţiei girocompasului; astfel, eroarea rămasă, la latitudinile la care se navigă în mod frecvent, nu depăşeşte practic valoarea de 10. III.7.1.4. Eroarea de balans La experimentarea prototipului compasului monogiroscopic la bordul navei, s-a constatat că în condiţii de ruliu, indicaţiile erau corecte în drumurile cardinale, însă afectate de erori în celelalte drumuri. Eroarea maximă apărea în drumurile intercardinale; în condiţii de ruliu de amplitudine mare, eroarea era

101

apreciabilă, atingând valori până la 300, ceea ce făcea ca un asemenea compas să nu poată fi utilizat în navigaţie. Aceasta este eroarea de balans, care se manifestă pe timpul ruliului şi al tangajului, în ciuda existenţei sistemului de suspensie cardanică. În drum 00 sau 1800, în condiţii de ruliu, asupra girocompasului acţionează un cuplu de forţe în plan vertical E-W, care tinde să deplaseze axa sa principală paralelă cu ea însăşi; în această situaţie nu se produce nici o mişcare de procesie orizontală şi nici o deviere a axei girocompasului. În drum 900 sau 2700, în condiţii de ruliu, girocompasul tinde să penduleze pe planul vertical al meridianului (N-S); la sfârşitul fiecăreai perioade de ruliu iau naştere forţe de inerţie care acţionează ca un cuplu vertical, cu tendinţa de a ridica sau cobotâ extremităţile axei principale a girocompasului. Aceste cupluri de forţe, care schimbă continuu de sens la sfârşitul fiecărei perioade de ruliu a navei, generează mişcări de precesie ale axei girocompasului în plan orizontal, al căror sens se schimbă, de asemenea, în ritmul perioadei de ruliu. Aceste mişcări de precesie ale axei girocompasului tind să se anuleze una pe alta, datorită faptului că perioada de ruliu a navei (normal, la navele maritime de transport, de 8-18 secunde) este incomparabil mai mică decât perioada de precesie (circa 90 minute). Rezultă că axa girocompasului îşi mnţine direcţia în meridian, fără influenţe perturbatoare sensibile. Într-un drum intercardinal, de exemplu 450, la sfârşitul fiecărei perioade de ruliu, se manifestă o forţă de inerţiecare tinde să penduleze giroscopul într-un plan vertical perpendicular pe drumul navei, orientat NW-SE. Această forţă cu orientarea NW - SE se poate imagina imaginea descompusă într-o componentă meridiană, de-a lungul meridianului şi o componentă E-W, de-a lungul paralelului. Componenta E-W provoacă mai întâi o pendulare a girocompasului în jurul axei N-S, în ritmul ruliului; în urma acestei pendulări, componenta meridiană a forţei de inerţie acţionează asupra centrului de greutate al sistemului nu numai în planul meridianului axei girocompasului, ci alternativ - la est şi la vest de acesta. Din această cauză, acţiunea forţelor de inerţie nu se mai anulează la fiecare schimbare de sens a ruliului; dimpotrivă, în anumite condiţii ele se însumează, cauzând o abatere a axei girocompasului din meridian.

102

Cele arătate mai sus se confirmă şi pe cale experimentală: drumurile cardinale, mişcarea de ruliu a navei nu are influenţe perturbatoare sensibile; eroarea de balans se manifestă în drumurile din afara celor cardinale, cu valori maxime în drumurile intercardinale. În drumurile intercardinale, mişcarea de ruliu provoacă abateri ale axei principale a girocompasului, care tind să o apropie de axa longitudinală a navei. Eroarea de balans are deci un caracter cuadrantal: este zero în drumurile cardinale, apoi creşte atingând valoarea maximă în drumurile intercardinale; este pozitivă (estică) în cadranele NE şi SW (în drumurile 00-900 şi 1800-2700) şi negativă (vestică) în cadranele SE şi NW (în drumurile 900-1800 şi 2700-3600). Mişcarea de tangaj, în drumurile intercardinale, produce un fenomen analog; efectele giroscopice ale tangajului echivalează cu cele ale ruliului, în jurul axei decalate cu 900. Astfel, de exemplu, mişcarea de tangaj în drum 450 provoacă aceleaşi efecte giroscopice ca mişcarea de ruliu în drum 3150, generând o abatere vestică (negativă). Mişcarea de tangaj provoacă abateri ale axei principale ale girocompasului, care tind să o apropie de axa transversală a navei; eroarea de balans generată de tangaj are tot un caracter cuadrantal, de semn contrar însă cu cea provocată de ruliu. Construcţia compasului trigiroscopic şi ulterior a celui bigiroscopic, precum şi realizarea unor sisteme eficiente de compensare a erorii de balans, au redus într-o măsură apreciabilă valoarea acestei erori, la unele tipuri de girocompasuri moderne devenind practic neglijabilă. Sistemul folosit la compensarea erorii de balans trebuie studiat pentru fiecare tip de girocompas în parte. III.7.1.5. Erori accidentale O serie de alte erori accidentale ale girocompasului, care în anumite situaţii pot atinge valori apreciabile, îşi au originea în una din următoarele cauze: antrenarea elementului sensibil al girocompasului la schimbarea de drum a navei, vibraţii ale corpului navei sau variaţii ale vitezei de rotaţie a giroscopului (giroscoapelor).

103

Eroarea de antrenare, ca şi la compasul magnetic, apare ca o consecinţă a frecărilor excesive între elementul sensibil este antrenat de mişcarea navei la schimbări sau abateri de la drum, în sensul acesteia. La girocompasurile moderne, casele constructoare asigură frecări minime între elementul sensibil şi părţile fixe ale navei; apariţia unei asemenea erori constituie indiciul unor uzuri excesive. Erorile cauzate de vibraţiile corpului navei sunt funcţie de amplitudinea şi frecvenţa acestor vibraţii, provocate de maşini, elice etc. Reducerea acestor erori se realizează prin alegerea unui loc potrivit pentru montarea girocompasului la bord, cu vibraţii minime. Erorile generate de variaţii ale vitezei de rotaţie a giroscopului apar ca o consecinţă a variaţiei tensiunii curentului de alimentare a instalaţiei girocompasului. La navele moderne, la care grupurile generatoare sunt asigurate cu dispozitive automate menite să asigure un număr de rotaţii cât mai constant al motorului de acţionare, în condiţii normale de funcţionare, variaţiile de tensiune ale curentului electric sunt neînsemnate şi deci această eroare a girocompasului este neglijabilă. III.7.1.6. Precizia indicaţiilor girocompasului Precizia indicaţiilor girocompasului, a drumului navei şi a relevmentelor, depinde de o serie de factori, între care principalii sunt următorii:

- parametrii constructivi ai girocompasului şi condiţiile de întreţinere a instalaţiei la bord;

- locul în care girocompasul este instalat la bord şi regimul de vibraţii în compartimentul respectiv;

- starea mării şi comportarea navei în condiţii de vreme rea; - latitudinea locului. Momentul directiv al girocompasului este

maxim la ecuator, scade cu latitudinea şi devine nul în polii tereştri.

Firma Sperry, de exemplu, asigură pentru tipurile obişnuite de girocompasuri, care se instalează pe navele comerciale, o precizie de ±=00.2 în condiţii normale de navigaţie şi de ±=20 pe mare foarte montată. Aceeaşi firmă însă este în măsură să livreze girocompasuri pentru care se asigură o precizie de ±=00.2, în condiţii normale de navigaţie şi de ±=00.05, pe mare foarte montată.

104

Dacă pe timpul navigaţiei se constată indicaţii neregulate ale compasului giroscopic, acestea constituie indiciul unei funcţionări anormale a instalaţiei; într-un asemenea caz, conducerea navei în continuare se asigură după compasul magnetic, până când se face verificarea instalaţiei şi repunerea ei în stare normală de funcţionare. Cea mai eficientă veghe a funcţionării girocompasului pe timpul navigaţiei se realizează printr-o comparaţie continuă a indicaţiilor acestuia cu cele ale compasului magnetic. III.7.2. Instalarea girocompasului la bordul navei Girocompasul mamă se recomandă a fi instalat la bord într-un loc cu vibraţii reduse şi cât mai aproape de intersecţia axei longitudinale de ruliu cu axa transversală de tangaj, unde amplitudinea acestor mişcări este minimă; de asemenea, este indicat a se evita zonele de la bord cu temperaturi ridicate (în apropierea compartimentului căldări etc.) sau cu variaţii mari de temperatură. Pentru a face posibilă reglarea coincidenţei repartitoarelor cu girocompasul mamă, trebuie să se asigure legătură telefonică sau prin porta-voce a compartimentului, unde acesta este instalat, cu comanda. Repetitoarele compasului giroscopic se instalează în locurile impuse de necesităţile conducerii navei, denumirea lor dată fiind de fuincţia pe care o îndeplinesc la bord: repetitor de drum, instalat în timonerie, lângă timonă, pentru guvernarea navei; repetitoare pentru relevmente, instalate de regulă în borduri, pe puntea de comandă; se mai instalează la postul de comandă de rezervă, tot ca repetitor de drum (la navele prevăzute cu un asemenea post) şi în camera cârmei. Repetitoarele pentru relevmente prezintă o importanţă deosebită pentru conducerea navei, determinarea poziţiei navei cu relevmente la reperele de navigaţie de la coastă etc. Ele se montează pe puntea de comandă, în borduri, fiind fixate în punte pe nişte coloane, astfel ca săasigure un arc de orizont liber cât mai larg pentru efectuarea observaţiilor; de la ambele repetitoare pentru relevmente, trebuie să se asigure posibilitatea observării întregului orizont. Aceste repetitoare se montează pe suspensie cardanică, astfel ca în momentul relevării să se asigure orientarea în orizont a alidadei.

105

Linia de credinţă a repetitoarelor pentru relevmente trebuie orientată cu multă atenţie, paralel cu planul diametral al navei; orice eroare în orientarea liniei de credinţă se transmite în totalitate în valoarea relevmentelor observate. Pentru montarea repetitoarelor se dau următoarele indicaţii practice:

- se măsoară distanţa transversală de la planul diametral al navei până proiecţia centrului rozei repetitorului pe puntea de comandă;

- la aceeaşi distanţă transversală, în raport cu planul diametral al navei, se instalează un semnal spre prova (de exemplu, pe teugă) şi un altul spre pupa (pe dunetă sau pe puntea bărcilor);

- repetitorul se orientează cu gradaţia 00-1800 a cercului său azimutal, deci cu linia sa de credinţă, în aliniamentul celor două semne, vizându-le succesiv cu ajutorul alidadei. Pentru orientare, coloanele repetitoarelor se pot roti în jurul axei verticale a rozei; după orientare, coloanele se fixează în punte. Orientarea este posibilă şi cu un singur semn, plasat sub prova sau pupa.

După orientarea celor două repetitoare pentru relevmente, de pe puntea de comandă, în modul indicat mai sus, se procedează la verificarea acestei operaţiuni, astfel:

- se relevează de la ambele repetitoare un obiect de la bord aflat în planul longitudinal al navei (bastonul din prova sau bastonul de pavilion din pupa). Dacă orientarea repetitoarelor s-a făcut corect, unghiurile citite la cele două cercuri azimutale faţă de planul longitudinal trebuie să fie egale; dacă se citesc relevmentele prova, în sistem circular, suma lor trebuie să fie 3600. Dacă se impun mici corectări, acestea se realizează cu ajutorul dispozitivelor de reglare aflate la baza coloanei repetitorului;

- se relevează simultan, de la ambele repetitoare, un astru aflat aproape de orizont sau un obiect îndepărtat. Egalitatea relevmentelor prova citite indică corecta orientare a repetitoarelor.

Repetitorul permite măsurarea cu ajutorul alidadei a relevmentului girocompas (Rg), făcându-se citirea la roză sau a relevmentului prova, citit la cercul azimutal; relevmentul girocompas este unghiul format între direcţia nord girocompas, indicată de linia 00-1800 a rozei repetitorului şi direcţia la obiect.

106

De aceea, repetitorul de drum se instalează într-o poziţie oarecare în apropierea timonei, astfel ca să facă posibilă citirea comodă şi precisă a drumului girocompas. La navele cu compas magnetic cu reflexie instalat pe puntea etalon, repetitorul de drum se montează în prova timonei, cu roza înclinată la 400-450 faţă de orizont, astfel ca să permită citirea comodă de către timonier. La navele cu compas magnetic de drum instalat în timonerie, în prova timonei, în planul diametral al navei, repetitorul de drum se instalează lângă timonă, într-un bord, de asemenea cu roza înclinată şi orientată spre timonier. Orientarea liniei de credinţă a girocompasului mamă trebuie să fie paralelă cu axa longitudinală a navei; eventuala eroare constantă a girocompasului, notată cu A, se elimină prin corectarea orientării liniei de credinţă a girocompasului mamă. Operaţiunea se execută cu nava staţionară (acostată sau ancorată) după orientarea repetitoarelor pentru relevmente, astfel:

- se pune girocompasul în funcţiune şi se aşteaptă până când se asigură orientarea în meridian (conform instrucţiunilor de exploatare a instalaţiei);

- se face coincidenţa repetitoarelor cu girocompasul mamă; - se măsoară relevmentul girocompas (Rg) la repetitoare la un obiect

îndepărtat, de relevment adevărat (Ra) cunoscut (scos din hartă) sau la un astru, de azimut (Az) determinat (calculat pentru momentul observaţiei);

- se calculează diferenţa Ra (Az)-Rg = A, unde A reprezintă eroarea constantă a girocompasului. Dacă A este zero, linia de credinţă are o poziţie corectă. Dacă A are o valoare pozitivă, corectarea se face prin rotire spre dreapta a habitaclului cu linia de credinţă, de un unghi egal cu valoarea erorii; pentru această operaţiune, girocompasurile sunt prevăzute cu un dispozitiv special, care permite rotirea habitaclului de unghiul şi în sensul dorit. La o valoare negativă a lui A, rotirea habitaclului se face spre stânga.

Eroarea constantă A, astfel corectată, include şi eroarea de colimaţie a rozei girocompasului mamă.

107

III.8. Corecţia girocompasului ∆g.

Convertirea drumurilor şi relevmentelor Corecţia girocompas (∆g) este unghiul format între direcţia nord adevărat şi direcţia nord girocompas (fig. 42); ea este dată de relaţiile: ∆g = Ra – Rg (66) ∆g = Da – Dg (67)

La un girocompas în stare normală de funcţionare, la latitudini frecvente navigaţiei, corecţia girocompasului are valori mici şi se compune din:

- deviaţia girocompasului (δg), care variază în funcţie de viteza navei, drum şi latitudinea locului. Aşa cum s-a arătat anterior, această eroare se corectează prin calcul, folosind tabela deviaţiei girocompasului sau automat, prin corectorul „Delta” - la instalaţiile prevăzute cu un asemenea dispozitiv;

- eroarea constantă A a girocompasului. La un girocompas mamă a cărui linie de credinţă s-a orientat în modul arătat mai sus, când nava este staţionară, corecţia girocompasului în mod normal trebuie să fie egală cu zero; în acest caz, când nava se află în mişcare, corecţia giorocompasului trebuie să fei egală cu deviaţia girocompasului δg, dacă instalaţia nu este prevăzută cu un corector automat „Delta” şi egală cu zero, dacă are un asemenea corector. La un girocompas fără corector automat „Delta”, pe timpul navigaţiei, controlul corecţiei girocompasului se efectuează astfel: - se relevează obiectul unui aliniament în momentul trecerii navei prin acesta, un obiect îndepărtat sau un astru şi se citeşte relevmentul girocompas (Rg);

Fig. 42

108

- se determină relevmentul adevărat (Ra) al aliniamentului, al obiectului îndepărtat sau azimutul (Az) la astru şi se calculează ∆g=Ra(Az) – Rg; - dacă ∆g obţinut este diferit de δg, se repetă operaţia de mai sus o dată sau de două ori, la intervale de circa 15 minute, pentru a ne convinge că diferenţa nu este cauzată de o eroare de observaţie sau de o eroare oarecare a girocompasului, capabilă să scoată girocompasul din poziţia sa de echilibru, în momentul măsurării relevmentului girocompas; - în cazul în care ∆g se menţine constant, presupunând bineînţeles că viteza şi drumul navei s-au menţinut acelaşi pe timpul observaţiilor executate, se calculează eroarea constantă A a girocompasului: A = ∆g - δg (68) Dacă repetitoarele pentru relevmente au linia de credinţă orientată corect şi instalaţia se află în stare normală de funcţionare, eroarea constantă A astfel determinată poate să aibă una din următoarele cauze:

- repetitorul pentru relevmente nu este în coincidenţă cu girocompasul mamă. În acest caz eroarea poate fi corectată refăcând coincidenţa acestora;

- existenţa unei erori de colimaţie a rozei girocompasului mamă. Într-un asemenea caz, dacă valoarea este mare, ea poate fi corectată prin rotirea corespunzătoare a liniei de credinţă a girocompasului mamă, în modul arătat mai sus.

Eroarea constantă A a unui repetitor pentru relevmente astfel determinată se atribuie şi repertitorului de drum la convertirea drumurilor, dacă cele două repetitoare sunt în coincidenţă. La un girocompas un corector automat „Delta”, corecţia girocompasului ∆g este egală cu eroarea constantă A, deci: ∆g = A (69) Relaţiile pentru convertirea drumurilor şi relevmentelor determinate cu ajutorul compasului giroscopic se deduc din:

109

- relaţiile între Da şi Dg: Da = Dg + ∆g (70) Dg = Da – ∆g (71)

- relaţii între Ra şi Rg: Ra = Rg + ∆g (72) Rg = Ra – ∆g (73)

- relaţii între Rp, Dg şi Rg: Rg = Rp + Dg (74) Rp = Rg – Dg (75) Dg = Rg – Rp (76) Exemple de convertiri la un girocompas fără corector automat „Delta”: Exemplul 1. La plecarea din portul Constanţa, o navă trece prin aliniamentul farul (vechi) Constanţa-Abator (Ra = 2680.4); nava merge în Da = 150, viteza = 12 Nd, ϕ = 44010’N. În momentul trecerii prin aliniament se măsoară Rg = 268.2. Se cere ∆g, δg şi A. Rezolvare: 42680 ⋅=Ra

202268

0

0

⋅+=∆⋅=−

gRg

21

010

0

⋅+=⋅−=−

Agδ

Observaţie: δg se scoate din tabela deviaţiei girocompasului, în funcţie de ϕ. D şi V.

110

Exemplul 2. Având corecţia constantă A = +10.2, nava trebuie să ia Da = 1780, viteza = 16 Nd, ϕ = 45012’N. Se cere drumul girocompas care urmează a fi ordonat timonierului. Rezolvare: Calculul lui ∆g Calculul lui Dg 210 ⋅+=A 01780 ⋅=Da

7251

0

0

⋅+=∆⋅+=+

ggδ (din tabela δg)

317572

0

0

⋅=⋅+=∆−

Dgg

Exemplul 3. În condiţiile de navigaţie din exemplul 2, se măsoară Rg = 2580.4 la un far. Se cere relevmentul adevărat. Rezolvare: 42580 ⋅=Rg

126172

0

0

⋅=⋅+=∆+

Rag

Exemple de convertiri la un giroscop cu corector automat “Delta”. Exemplul 4. La plecarea din portul Constanţa, se trece prin aliniamentul farul (vechi) Constanţa-Abator (Ra = 2680.4); şi se măsoară Rg = 2680.9. Se cere corecţia constantă A a girocompasului. Rezolvare: 42680 ⋅=Ra

Ag

Rg=⋅−=∆⋅=−

509268

0

0

Exemplul 5. Se scoate din hartă Da = 2460; A = -00.5. Să se determine drumul girocompas. Rezolvare: 0246=Da

524650

0

0

⋅=⋅−=∆−

Dgg

111

CAPITOLUL IV

DETERMINAREA VITEZEI ŞI DISTANŢEI PARCURSE.

MĂSURAREA ADÂNCIMII APEI

IV.1. Lochul hidrodinamic

Acest tip de loch funcţionează pe principiul diferenţei dintre presiunea opusă de apă la deplasarea navei şi presiunea normală existentă la adâncimea corespunzătoare fundului navei. Dacă considerăm două tuburi verticale deschise la ambele capete instalate pe fundul navei (figura 43) tubul A (tub de presiune statică), cu capătul la nivelul tablelor fundului navei, şi tubul B (tub de presiune totală sau tub Pitot), cu capătul inferior la o anumită adâncime sub chilă având deschiderea în sensul deplasării navei. Când nava este staţionară, apa se ridică în ambele tuburi la nivelul suprafeţei mării (conform principiului vaselor comunicante). În cazul în care nava se deplasează în tubul A, apa se menţine la acelaşi nivel (coloana h), iar în tubul B apa se ridică la un anumit nivel (coloana H), funcţie de viteza navei. Cu ecuaţia lui Bernoulli putem exprima relaţia dintre înălţimea H a coloanei de apă din tubul de presiune totală (B) şi viteza navei V:

g

VpH2

2

+=γ

(77)

unde: p = presiunea statică a apei la adâncimea fundului navei unde sunt instalate tuburile γ = greutatea specifică a apei g = acceleraţia gravitaţiei.

Fig. 43

112

Rezultă că înălţimea H a coloanei de apă din tubul de presiune totală

este egală cu suma dintre înălţimea coloanei de presiune statică hp=

γ, cae este

constantă şi creşterea înălţimii coloanei datorită presiunii dinamice ug

V=

2

2

, de

mărime variabilă. Greutatea coloanelor de apă din cele două tuburi, respectiv presiunea lor se obţine înmulţind relaţia 74 cu greutatea specifică a apei (γ):

γγg

VpH2

2

+=⋅ (78)

în care considerăm: PtH =⋅γ = presiunea totală; p = Ps = presiunea statică;

Pdg

V=⋅γ

2

2

= presiunea dinamică. (79)

Relaţia (76) arată că presiunea dinamică opusă de apă la deplasarea navei este proporţională cu pătratul vitezei acesteia. Egalitatea (75) poate fi scrisă sub forma: Pt = Ps + Pd, de unde: Pd = Pt – Ps (80) Rezolvarea relaţiei (77) se realizează cu ajutorul unei instalaţii hidrodinamice (fig. 44), care este formată în principal din: tubul (Pitot) de presiune totală (1), tubul de presiune statică (2) şi transmiţătorul presiunii dinamice (3). Instalaţia se montează la bord sub linia de plutire a navei. Transmiţătorul presiunii dinamice (3) constă din două camere (4 şi 5), separate etanş de o membrană elastică (6). În camera de presiune totală (4) sau camera Pitot se transmite presiunea totală (Pt), prin tubul Pitot (1); în camera de presiune statică (5) se transmite presiunea statică Ps de la nivelul fundului navei, prin tubul (2). Cele două presiuni (Pt şi Ps) acţionează pe cele două feţe ale membranei elastice (6) pe aceeaşi direcţie, în sensuri opuse, astfel că tijei (7) - fixată de membrană i se transmite rezultanta lor, egală cu presiunea dinamică (Pd).

113

Dispozitivul de presiune dinamică rezolvă deci relaţia (77), determinând presiunea dinamică sin presiunea totală şi presiunea statică. Tija (7) transmite presiunea dinamică rezultantă, la o pârghie (8), solidară cu indicatorul (10), care pivotează în jurul pivotului (9), permiţând măsurarea presiunii dinamice. Cunoscând presiunea dinamică Pd, pe baza relaţiei (76) se obţine viteza navei; aceasta se realizează cu un mecanism care converteşte presiunea dinamică în viteză în noduri, indicată pe un cadran cu diviziuni uniforme. Simultan, pe baza vitezei navei determinată continuu, un dispozitiv calculează distanţa parcursă de navă, în mile marine, prin înmulţirea vitezei cu timpul.

IV.2. Etalonarea lochurilor. Determinarea distanţei parcurse. Cele trei tipuri de lochuri prezentate indică viteza navei şi respectiv distanţa parcursă prin „apă”, deci în raport cu masa de apă prin care nava se mişcă şi nu în raport cu fundul mării deasupra căruia se deplasează („viteza deasupra fundului”). Viteza prin apă indicată de loch este afectată de influenţa curentului din zona în care se navigă; modul în care se elimină influenţa curentului pentru a transforma viteza prin apă la viteză deasupra fundului se tratează în continuare. Indicaţiile lochurilor, ca ale oricărui aparat de măsură, sunt afectate de anumite erori; în cele ce urmează vom prezenta modul în care se determină eroarea constantă a lochului şi felul în care se corectează distanţa sau viteza

Fig. 44

10 8

9

7

5

3

4 2 6

Pd

114

indicată de loch pentru a obţine distanţa parcursă sau viteza adevărată a navei prin apă. Operaţiunea de determinare a erorii lochului se numeşte etalonarea lochului. Lochurile hidromecanice, aşa cum s-a arătat mai sus, permit reducerea acestei erori prin reglare sau chiar eliminarea ei. Eroarea lochurilor are o anumită variaţie funcţie de viteza navei, de aceea etalonarea trebuie efectuată pentru viteza cu care se navigă în mod normal. Eroarea lochurilor are o variaţie în timp ca urmare a uzurii naturale a pieselor, eventuale deformaţii ale palelor elicii (la lochurile mecanice sau hidromecanice) etc.; de aceea, eroarea trebuie verificată periodic printr-o reetalonare. Eroarea constantă conţinută de indicaţiile lochului se elimină sub forma unei corecţii, care se poate exprima ca factor de corecţie sau corecţie în procente. La bordul navelor comerciale se practică sistemul de eliminare a erorii ca factor de corecţie, fiind mai comod şi la fel de precis. Determinarea factorului de corecţie al lochului. În ape fără curenţi, operaţiunea este simplă şi se procedează în felul următor:

- în condiţii de vreme bună, cu vânt până la forâa 4 şi marea calmă se parcurge o distanţă între două puncte precis determinate (cu aliniamente, prin sistemul decca, cu unghiuri orizontale etc.). Guvernarea navei se face cu atenţie, menţinându-se cât mai constant numărul de rotaţii ale maşinii;

- se face citirea distanţei la loch în primul punct (cl1) şi în cel de al doilea punct (cl2). Diferenţa celor două distanţe citite la loch să distanţa parcursă indicată de loch, denumită distanţă de loch (ml):

ml = cl2 – cl1 (81)

- se scoate din hartă distanţa adevărată (m) dintre cele două puncte; - se calculează factorul de corecţie (f) la precizie de 0.01 din

raportul:

mlm

lochtadisataadetadisf ==

tanvartan (82)

115

În navigaţie, distanţa (adevărată) parcursă de navă, după indicaţiile lochului astfel etalonat, se calculează din relaţia: M = ml x f (83) distanţa loch (ml) fiind calculată din diferenţa citirilor la loch în momentele care delimitează intervalul de timp (relaţia 81). De asemenea, pentru a calcula distanţa loch funcţie de o anumită distanţă adevărată, care urmează a fi parcursă, se foloseşte formula:

fmml = (84)

Această relaţie se aplică îndeosebi la schimbări de drum după indicaţiile lochului. Exemplu: a. Etalonarea lochului se execută între două puncte Z1 şi Z2 precis determinate, situate la distanţa de 6.3 Mm; în punctele respective se citesc la loch următoarele distanţe: - în punctul Z1 ... cl1 = 55.40 Mm; - în punctul Z2 ... cl2 = 61.40 Mm. Factorul de corecţie al lochului:

05.140.5540.61

30.6

12

=−

=−

=clcl

mf

b. După lochul astfel etalonat se parcurge distanţa loch de 22.1 Mm (oţinută din diferenţa a două citiri consecutive la loch). Distanţa parcursă de navă: m = ml x f = 22.1 x 1.05 = 23.2 Mm Normele Registrului Nava Român prevăd eroarea maximă admisibilă a unui loch cuprinsă în limitele 0.95 - 1.05.

116

IV.3. Elicea navei ca loch. Determinarea vitezei navei

după numărul de rotaţii ale elicei După construcţie, în cadrul probelor de mare pentru recepţia navei se procedează şi la determinarea vitezei navei în funcţie de numărul de rotaţii ale elicii ; cu această ocazie se mai determină şi o serie de alte elemente care interesează conducerea navei şi exploatarea instalaţiilor la bord. În cazul construcţiei unei serii de nave de acelaţi tip, cum se practică de către companiile de navigaşie, la navele maritime de transport care au variaţii considerabile de pescaj funcţie de starea de încărcare, se recomandă ca probele pentru prototip să se execute atât cu nava în balast, cât şi încărcată, plutind la marca de bord liber; pentru navele următoare din serie este suficientă executarea probelor cu nava în balast. Probele de viteză se repetă după lucrările de reclasificare ale navei, în intervalle de 4 ani. Probele se execută la baza de viteze cu "mile jalonate", care constă de regulă din două sau trei aliniamente paralele între ele, separate de distanţa de o milă marină şi orientate perpendicular pe coastă fig. 45). Bazele de viteze se amenajează în zone costiere pe cât posibil fără curenţi, adăpostite de valuri, cu adâncimi suficient de mari în imediata apropiere a coastei, fundul mării având un relief cât mai regulat; adâncimile minime

Fig. 45

117

necesare pentru probe se stabilesc funcţie de pescajul şi viteza navei, pe baza următoarei relaţii verificată experimental:

g

VTH2

51 ⋅+= (85)

unde : H = adâncimea minimă a apei în metri; T = pescajul navei în metri; V = viteza navei în m/sec; G = acceleraţia gravitaţiei în m/sec2. Bazele de viteze amenajate în sistemul de "mile jalonate" ("measured miles") sunt reprezentate pe hărţile de navigaţie, iar deasupra lor, în cărţile pilot. Probele de viteză se execută pe vreme bună, cu vânt depăşind forţa 4 şi starea mării corespuunzătoare acestui vânt. Cu maşina funcţionând la numărul de rotaţii stabilit pentru probă, care se menţine cât mai constant, se ia drum perpendicular pe aliniamentele bazei de viteze ; pentru guvernarea navei se folosesc cei mai buni timonieri de la bord, cu indicaţia de a se utiliza unghiuri minime de cârmă. La "tăierea" aliniamentelor bazei de viteze se măsoară timpul la precizie de 0.1 secunde. Momentul tăierii aliniamentelor se controlează de doi observatori cu ajutorul binoclului, care măsoară şi timpul cu secundometrul ; durata cursei, dacă apar mici diferenţe, se stabileşte din media citirilor. Viteza navei în noduri se calculează din relaţia:

( ) ( ) ( )Mmprobededrumuluilungimeastimpul

NdV ×=3600 (86)

Lungimea drumului de probe (distanţa între primul şi ultimul aliniament) se alege astfel:

- 1 Mm pentru viteze până la 18 Nd; - 2 Mm pentru viteze cuprinse între 18-30 Nd.

Pentru stabilizarea numărului de rotaţii de probe şi spre a se putea realiza viteza corespunzătoare, nava trebuie să intre în drumul de probe (perpendicular pe orientarea aliniamentelor), la o distanţă suficient de mare de primul aliniament.

118

Experimental s-a stabilit că nava trebuie să intre în drumul de probe la o distanţă de primul aliniament astfel ca acest spaţiu să se parcurgă în minimum 8 minute; rezultă de exemplu, că dacă viteza de probe este de 12 Nd = 2 cab/min, nava trebuie să intre în drumul de probe la distanţa de cel puţin 1,6 Mm. Întoarcerile pentru luarea drumului de probe se execută cu unghiuri de cârmă de maximum 150, pentru a se evita pierderile excesive de viteză. Baza de viteze se parcurge de două ori, în drumuri opuse, iar viteza pentru numărul de rotaţii de probe se consideră egală cu media celor două viteze determinate:

2

21 VVV += (87)

Prin acest procedeu se consideră că se elimină efectul curenţilor constanţi, al vântului şi al valurilor din zona de probe. Când în zona de probe sunt curenţi de maree şi în general variabili, baza de viteze se parcurge de trei ori, iar în cazul unor curenţi puternici de, patru ori. Viteza medie corespunzătoare numărului de rotaţii de probe se calculează astfel:

4

2 321 VVVV ++= în cazul a trei curse (88)

4

4321 VVVVV +++= în cazul a patru curse (89)

Deoarece probele se efectuează pentru diferite trepte de viteze ale navei, în mod progresiv, acestea mai sunt denumite şi probe progresive de viteză ("progresive speed trial"). Cu ocazia efectuării curselor în baza de viteze se fac toate măsurătorile şi determinările care prezintă interes pentru conducerea navei şi exploatarea instalaţiilor de la bord, între care menţionăm:

- drumul de probe, după compasul giroscopic; - ora începerii fiecărei curse (trecerea prin primul aliniament al bazei

de viteze); - durata fiecărei curse la precizie de 0.1 secunde pentru determinarea

vitezelor;

119

- citirile la loch (lochuri), în scopul etalonării acestora; - viteza vântului aparent măsurată cu anemometrul şi direcţia (ca Rp

semicircular), la fiecare cursă; - direcţia şi viteza curentului de maree, calculată după tablele de

maree pentru zona respectivă, la fiecare cursă; - adâncimea apei, măsurată cu sonda ultrason; - la maşina principală : poziţia manetei de combustibil la numărul

respectiv de turaţii, numărul de rotaţii/minut, puterea efectivă, presiunea şi temperatura uleiului şi a apei de răcire, presiunea şi temperatura gazelor de evacuaţie, puterea la ax (port elice);

- parametrii funcţionării principali ai grupurilor generatoare etc. Toate aceste măsurători se trec în foi de observaţii, pregătite din timp, urmând să fie prelucrate după terminarea probelor. Înainte de începerea probelor (recomandabil în bazinul şantierului) se stabilesc următoarele : pescajul prova, centru şi pupa, aseta navei, greutatea specifică a apei şi deplasamentul navei. După efectuarea probelor se trasează curba de viteze în funcţie de numărul de rotaţii ale maşinii. Se trasează apoi curba vitezelor alegându-se o scară grafică convenabilă a numărului de rotaţii, pe axa absciselor şi a vitezei navei în noduri, pe axa ordonatelor (fig. 46). Pentru uşurinţa folosirii în navigaţie, după această diagramă se întocmeşte o "tabelă de viteze funcţie de numărul de rotaţii", conţinând două coloane: viteza navei la precizie de 0.1 Nd şi numărul de rotaţii corespunzător, care se afişează la comandă. Aşa cum s-a văzut în exemplul de mai sus, etalonarea lochului s-a făcut folosind indicaţia de viteză a navei; practic, la lochurile care redau atât distanţa cât şi viteza, se poate folosi oricare din cele două indicaţii.

Fig. 46

Viteza (Nd)

Rot/min

120

În cazul folosirii vitezei navei, pentru determinarea factorului de corecţie, deşi variaţiile de rotaţii ale elicii sunt practic neînsemnate, se recomandă ca viteza indicată de loch să fie citită la fiecare 15 secunde; în foaia de observaţii, pentru fiecare cursă în parte se înscrie media vitezelor astfel citite de loch. Observarea variaţiei vitezei navei în exploatare. Pe timpul exploatării navei, indicaţiile curbei (tabelei) de viteze în funcţie de numărul de rotaţii ale elicii se verifică în diferite condiţii de navigaţie, de fiecare dată când se oferă ocazia treceri prin aliniamente, determinări precise ale poziţiei navei etc.), astfel ca să se poată trage cele mai juste concluzii privind influenţa diferiţilor factori. Factorii principali care influenţează viteza navei sunt următorii: - pescajul navei, determinat de starea de încărcare, în funcţie de care variază rezistenţa la înaintare. Modul de repartizare pe verticală a greutăţilor la bord condiţionează stabilitatea transversală a navei, cu influenţă asupra comportării navei pe valuri, deci şi asupra vitezei. Se va căuta realizarea întotdeauna a unei stabilităţi iniţiale favorabile; o stabilitate iniţială excesivă va cauza un ruliu dur pe mare agitată, având amplitudini mari şi o perioadă redusă, care pe lângă o serie de alte consecinţe negative va conduce şi la o reducere a vitezei navei; - asieta navei, în funcţie de repartizarea longitudinală a greutăţilor la bord. O apupare de 1-2 picioare, funcţie de mărimea navei, este favorabilă; - vântul şi starea mării. În general vântul până la forţa 4 are o influenţă neglijabilă asupra vitezei navei. Valurile şi vântul din prova, de forţa 10 de exemplu, cauzează reducerea vitezei cu circa 30% la navele de mare tonal cu viteză mare, circa 50% la cele de tonaj mijlociu şi circa 70-80% la navele mici. În plus pentru a diminua pericolul avariilor la corp şi instalaţii în zona prova, ca urmare a "capacelor" şi a "loviturilor de fund" ale valurilor, precum şi pentru diminuarea tangajului - cu pericolul ieşirii din apă a elicii, se impune reducerea numărului de rotaţii ale maşinii, până când nava are o comportare favorabilă. Valurile şi vântul de forţa 10 de travers, determină o pierdere de viteză de cca 10%, la navele mari cu viteză mare, cca 20% la navele de 8-10.000 TRB şi o viteză de serviciu în jur de 15 N; la navele de tonaj mijlociu şi mic, la care obişnuit ruliul este considerabil, pierderea de viteză este foarte mare şi asemenea nave de regulă nu pot să menţină o atare aliură faţă de vânt şi val;

121

- depunerile pe carena navei. După un an de la andocare, ca urmare a unor depuneri apreciabile pe carena navei (vopsea antivegetativă de calitate necorespunzătoare, nava a avut staţionări îndelungate - îndeosebi în zona ecuatorială sau tropicală etc.), pierderea de viteză poate să ajungă în proporţie de 15-20%; - adâncimi mici în zona de navigaţie. În asemenea situaţii guvernarea navei devine mai dificilă şi se lucrează cu unghiuri mai mari de cârmă, « valul vine după navă » ca urmare a modificării curenţilor de apă care se formează în jurul navei pe timpul deplasării, mărind rezistenţa la înaintare. La nave cu viteze de 15-20 Nd, pierderea de viteză poate fi de 10-15%. Este de reţinut faptul că aceşti factori acţionează în mod diferit asupra diverselor tipuri de nave, de aceea comandantul şi ofiţerii de la bord trebuie să-şi studieze cu atenţie nava,pentru a stabili modul în care factorii enunţaţi influenţează asupra vitezei.

IV.4. Metoda lochului improvizat Determinarea vitezei navei prin metoda lochului improvizat ("lochul olandezului") constă în principiu din măsurarea timpului t necesar pentru ca nava să parcurgă o anumită distanţă s, delimitată de două semne marcate pe copastie; viteza navei V se obţine din relaţia:

tsV = (90)

Practic se procedează astfel: - se măsoară o distanţă cât mai mare de-a lungul navei pe ambele borduri, exprimată în metri sau în unităţi egale cu 0.514 m (= spaţiul parcurs în timp de o secundă de o navă care merge cu viteza de 1 Mm/h) şi delimitată prin două semne vizibile pe copastie. Distanţa trebuie determinată cât mai precis, după planurile navei; -se aruncă o bucată de lemn spre prova în bordul de sub vânt şi se măsoară timpul în secunde între momentele când bucata de lemn se vede la traversul celor două semne. În acest scop se plasează câte un observator în dreptul fiecărui semn.

122

Viteza navei, în noduri, se obţine din relaţia:

undeintimpul

metriintadisVsec514.0

tan×

= (91)

sau

undeintimpul

mdeunitatiintadisVsec

514.0tan= (92)

Pentru a uşura aplicarea acestei metode se întocmeşte o tabelă, în care se intră cu timpul în secunde şi se obţine viteza navei în noduri. Metoda se foloseşte cu rezultate satisfăcătoare pe vreme rea, la navigaţia în zone cu gheţuri şi la viteze reduse, când lochurile din dotarea navei nu pot fi folosite. De asemenea, se utilizează la determinarea vitezei curentului când nava staţionează la ancoră; în acest caz, bucata de lemn se aruncă spre prova navei şi se contează timpul necesar ca aceasta să fie deviată în dreptul celor două semne.

IV.5. Lochul ultrason Doppler Ultrasunetele au fost folosite în navigaţie pentru măsurarea adâncimii apei, aplicate la realizarea sondelor ultrason. Recent s-au realizat mijloace de navigaţie care utilizează ultrasunetele pentru măsurarea vitezei navei, denumite lochuri ultrason Doppler. Lochul ultrason Doppler îşi bazează funcţionarea pe proprietăţile propagării ultrasunetelor în apa de mare şi pe efectul Doppler; dacă un fascicul de impulsuri de ultrasunete emis de la navă orizontal spre prova este reflectat de un obstacol fix întâlnit în cale, ecoul recepţionat la bord are o frecvenţă diferită de cea de emisie; diferenţa dintre frecvenţa de emisie a impulsurilor de ultrasunete şi cea de recepţie este proporţională cu spaţiul parcurs de navă în intervalul de timp dintre momentul emisiei şi recepţiei impulsurilor, care este funcţie de viteza navei.

123

Considerăm că sursa de de emisie a ultrasunetelor S şi receptorul R, instalate sub linia de plutire a unei nave se deplasează cu viteza navei V spre un obiect fix, care joacă rolul de reflector (fig. 47); fascicolul de impulsuri de ultrasunete emis din S este reflectat de obiect şi recepţionat în R. Dacă viteza de propagare a ultrasunetelor prin apă este v, frecvenţa de recepţie f’ se află în următoarea relaţie cu frecvenţa de emisie f a impulsurilor de ultrasunete:

( )( )

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

=−+

=

vVvV

fVvVvff

1

1' (93)

sau

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛++++= ...2221' 3

3

2

2

vV

vV

vVff (94)

Viteza medie de propagare v a ultrasunetelor în apa de mare la temperatura de 130C este de 1500 m/s. Viteza navei V cu care se deplasează emiţătorul şi receptorul de ultrasunete este apreciabil mai mică; la navele maritime comerciale putem considera viteza medie de 15 Nd ≅ 7,5 m/s. În acest caz, în care V are o mărime neînsemnată în raport cu v, diferenţa ∆f dintre frecvenţa de emisie şi cea de recepţie a impulsurilor de

Fig. 47

Impulsuri de ultrasunete emisie

Impulsuri de ultrasunete reflectate

v S

V

R v

124

ultrasunete (frecvenţa Doppler) se află în următoarea relaţie cu viteza navei (viteza de deplasare a emiţătorului şi a receptorului de ultrasunete):

fvVf 2

=∆ (95)

Pentru măsurarea vitezei în navigaţie folosind efectul Doppler, nu se găsesc asemenea obiecte fixe în prova navei, capabile să reflecte ultrasunetele. De aceea, fasciculul de ultrasunete este dirijat în jos pe direcţia S(R)-F, de un unghi θ faţă de orizontală şi reflexia este realizată pe fundul mării în F (fig. 48 a); la lungimea de undă foarte mică a ultrasunetelor, particulele cele mai fine ale fundului mării sunt capabile să cauzeze dispersia acestora, astfel că o parte a energiei reflectate este recepţionată la bord. Componenta vitezei navei de-a lungul fascicolului de ultrasunete fiind V cos θ, relaţia dintre frecvenţa Doppler şi viteza navei devine:

fv

Vf θcos2=∆ (96)

Precizia determinării vitezei navei prin sistemul care are la bază relaţia (100) este afectată de componenta verticală a mişcării navei, generată îndeosebi sub acţiunea valurilor. Acest neajus este eliminat prin folosirea unui sistem de vibratoare de emisie - recepţia în configuraţie Ianus (fig. 48.b).

Un fascicol de ultrasunete este dirijat spre prova şi un altul spre pupa, ambele formând acelaşi unghi θ faţă de orizontală. Impulsurile de ultrasunete se

Fig. 48 a

Fig. 48 b

125

emit simultan, cu aceeaşi frecvenţă f. Frecvenţa de recepţie a fascicolului de impulsuri de ultrasunete prova f’ pv este exprimată de relaţia:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+++= ...cos2cos21' 2

22

vV

vVff pv

θθ

iar a fascicolului pupa (f’pp):

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−+−= ...cos2cos21' 2

2

vV

vVff pp

θθ (97)

Deci diferenţa dintre frecvenţa de emisie şi cea de recepţie în configuraţie Ianus devine:

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ++=−=∆ ...0cos4''

vVffff pppvIanus

θ (98)

de unde :

fv

VfIanusθcos4

=∆ (99)

Acesta este sistemul şi relaţia care stă la baza determinării vitezei navei cu lochul ultrason Doppler. În măsura în care se pot obţine ecouri de pe fundul mării, funcţie de adâncimea apei, oferă posibilitatea determinării vitezei deasupra fundului (viteza în raport cu fundul mării deasupra căruia nava se deplasează), prezentând un avantaj considerabil faţă de lochurile mecanice, hidromecanice şi hidrodinamice, care indică viteza prin apă. Puterea de penetrare a ultrasunetelor în apa de mare este însă limitată, de aceea sistemul de indicare a vitezei în raport cu fundul mării este realizabil numai la adâncimi relativ reduse (până la 150 m pentru tipurile obişnuite de lochuri ultrason Doppler folosite la navele maritime comerciale şi 450 m în cazul unor comenzi speciale). La adâncimi superioare acestora, funcţionarea lochurilor ultrason Doppler este asigurată prin reflexia impulsurilor de ultrasunete de către "reflectoarele" (particule în suspensie sau vietăţi marine) întâlnite în cale pe

126

direcţia de propagare în apa de mare, la adâncimi care nu depăşesc 15 m sub chila navei. În această situaţie însă, când elementul de referinţă pentru măsurarea vitezei navei nu mai este fundul mării, ci masa de apă la nivelul straturilor de reflexie a ultrasunetelor, sistemul elimină doar efectul curenţilor de suprafaţă, dar nu şi pe acela al curenţilor de sub adâncimea acestor straturi. Instalaţiile folosite la bordul navelor indică automat, printr-un semnal luminos, când suprafaţa de reflexie este fundul mării, situaţie în care viteza măsurată este cea deasupra fundului. Vibratorul de emisie-recepţie se montează pe fundul navei într-o valvulă specială la nivelul tablelor carenei, care permite intervenţii pentru reparaţi sau înlocuirea acestuia cu nava în stare de plutire. Montarea vibratorului la nivelul tablelor de fund oferă avantajul faţă de lochurile hidromecanice şi hidrodinamice de a nu prezenta părţi exterioare cocii navei expuse avarierii, aşa cum s-a arătat. Locul în care se montează vibratorul de emisie-recepţie pe fundul navei nu influenţează în mod sensibil precizia indicaţiilor de viteză. Determinarea vitezei navei se realizează cu o mare acurateşe, diferenţa de frecvenţă a impulsurilor de ultrasunete fiind măsurată la o precizie de ordinul a câţiva cicli pe secundă; există tipuri de lochuri ultrason Doppler care asigură o precizie de ±0,25% din viteza navei. În general, aproximaţia indicaţiilor de viteză nu depăşeşte 1%; erorire care apar sunt generate în principal de variaţia vitezei ultrasunetelor în apa de mare datorită îndeosebi variaţiei temperaturii bruşte de drum. Lochul ultrason Doppler pentru manevra navei. Pe baza aceluiaşi principiu s-au realizat lochuri speciale, folosite pentru conducerea navelor de mare tonaj pe canale şi râuri, precum şi la manevrele de acostare, ancorare şi andocare. Sistemul indică cu mare precizie atât viteza navei înainte şi înapoi, cât şi viteza laterală a provei şi pupei, în raport cu obiectele fixe din zona de manevră; spre deosebire de lochul ultrason Doppler obişnuit folosit pentru determinarea vitezei navei, această instalaţie nu lucrează prin impulsuri de ultrasunete, ci prin emiterea continuă de ultrasunete, fapt care ridică considerabil nivelul preciziei indicaţiilor la viteze mici ale navei. Lochul ultrason pentru manevra navei se realizează prin montarea a două grupuri de vibratoare de emisi-recepţie la prova şi pupa, în configuraţie

127

Ianus (câte două elemente acţionând în sensuri opuse, în plan diametral şi transversal); instalaţia are trei indicatoare de viteză (în noduri, la precizie de 0.01) şi de sens (arătat printr-o săgeată luminoasă). Indicatoarele sunt de genul prezetat în fig. 49: - indicatorul prova, care arată viteza laterală a provei navei (de exemplu, 0.04 Nd spre tribord); - indicatorul centru, viteza înainte şi înapoi (de exemplu, 1.12 Nd înainte); - indicatorul pupa, viteza laterală a pupei (de exemplu 0.02 Nd. Spre babord). Aceste lochuri aduc servicii deosebit de preţioase pentru siguranţa navigaţiei navelor de mare tonaj pe canale şi râuri, precum şi la manevrele în porturi şi rade.

IV.6. Sonda simplă Sonda simplă se compune dintr-o greutate şi o saulă gradată ; adâncimea apoi se măsoară prin lungimea saulei filate, orientată pe direcţia verticalei locului, astfel încât greutatea să atingă fundul. Este utilizabilă la viteze mici ale navei şi la adâncimi limitate, până la 40-50 m; un timonier bine antrenat poate măsura adâncimea apei până la viteze de 5-6 Nd. În general normele registrelor navale prevăd dotarea navelor maritime cu sonde simple având greutatea de 3.25-5 kg, din plumb sau fontă şi o saulă cu o lungime de 52 m. Gradarea saulei sondei se face astfel: la fiecare metru, o bucată de piele; la 5, 15, 25, 35, 45 metri o bucată de şuviţă; la 10 m, o bucată de astar albastru, la 20 m - astar alb, la 30 m - astar roşu şi la 40 m - astar galben. Înainte de gradare, saula se udă şi se întinde uşor.

Fig. 49

128

Sondajul se execută aruncând greutatea sondei în sensul deplasării navei şi filând saula până în momentul atingerii fundului; în momentul citirii adâncimii, saula trebuie să fie orientată pe direcţia verticalei locului. Pe timpul zilei, citirea saulei sondei corespunzătoare adâncimii se face la nivelul apei; pe timpul nopţii, citirea se face la nivelul copastiei, adâncimea apei determinându-se din citirea la saulă minus înălţimea copastiei deasupra nivelului apei. Adâncimea apei sub chila navei este egală cu adâncimea măsurată minus pescajul navei; pescajul considerat în acest caz este cel maxim, care de regulă este pescajul pupa, ţinând seama de faptul că navele se încarcă asigurându-se o uşoară apupare. În cazul când în momentul atingerii fundului saula sondei se întinde spre pupa (la mers înainte), sondajul citit se corectează scăzând câte 0.2 m la fiecare 10 m adâncime, când înclinarea saulei este de cca 100 faţă de verticală şi câte 0.6 m, când înclinarea este de cca 200. Sondajele cu sonda simplă se execută în bordul de sub vânt. Greutatea sondei are în partea inferioară un orificiu care se umple cu seu, pentru a lua "probe" în vederea stabilirii naturii fundului mării (nisip, mâl etc.); în cazul în care fundul este stâncos sau cu pietre, suprafaţa seului (nivelată înainte de filarea greutăţii) se deformează prin contactul cu aceste. Natura fundului interesează la manevra de ancorare, cât şi pentru obţinerea unor indicii asupra poziţiei navei. Comunicarea rezultatului sondajului de către timonierul ce îl execută trebuie să conţină: locul la bord, adâncimea apei, natura fundului, sensul deplasării navei. De exemplu: "prova tribord, metri douăzeci, fundul nisip, nava merge încet înainte !"; când nu se atinge fundul, se indică lungimea saulei filate, astfel: "prova tribord, metri patruzeci, fără fund, nava merge încet înapoi !". Aşa cum s-a arătat, sonda simplă constituie o rezervă şi un mijloc de control al preciziei indicaţiilor sondei ultrason la bord. Mai frecvent se foloseşte în următoarele ocazii:

- la manevrele de ancorare, pentru măsurarea adâncimii apei şi luarea de probe de fund;

- pe timpul încărcării navei, în porturi cu adâncime limitată. Sondajele se execută de pe punte în ambele borduri de pe punte în ambele borduri; încărcarea navei se opreşte în funcţie de rezultatele sondajelor, când se ajunge la limita de pescaj stabilită de autorităţile portuare;

129

- în caz de eşuare a navei. Se execută sondaje de pe punte, de la prova la pupa, în ambele borduri, la distanţe care se stabilesc funcţie de felul fundului. Rezultatele sondajelor se trec pe o schiţă, reprezentând o vedere orizontală a navei; poziţia sondajelor se precizează prin menţionarea numărului de ordine a coastelor sau prin indicarea anumitor părţi principale ale navei, în dreptul cărora se execută măsurătorile. În felul acesta se poate trage o concluzie asupra profilului fundului şi a măsurărilor de intreprins pentru dezeşuarea navei.

IV.7. Sonda mecanică Măsurarea adâncimii apei cu sonda mecanică se bazează pe legea lui Boyle-Mariotte : la temperatură constantă, volumul unui gaz închis într-un recipient variază invers proporţional cu presiunea sa exercitată asupra lui. Presiunea apei creşte cu adâncimea şi anume, la fiecare 10 m, presiunea creşte cu aproximativ o atmosferă. Principiul enunţat se aplică la măsurarea adâncimii apei cu sonda mecanică astfel : cu ajutorul unei greutăţi se scufundă un "tub de sondă" în poziţie verticală, închis la capătul de sus şi dechis la cel inferior, până la atingerea fundului mării; tubul de sondă are pe suprafaţa interioară un strat subţire de cromat de argint, de culoare roţie închisă, care în contact cu apa de mare devine alb-gălbui. Nivelul la care apa pătrunde în tubul de sondă decolorând cromatul de argint este funcţie de presiunea care se exercită asupra volumului de aer închis în tub, iar presiunea este proporţională cu adâncimea apei la care acesta atinge fundul. Adâncimea apei se stabileşte aşezând tubul de sondă de-a lungul unei rigle gradate (în braţe şi metri), în funcţie de lungimea părţii nedecolorate a tubului, citind gradaţia din dreptul limitei de decolorare. Explicaţia reacţiei chimice produsă în tubul de sondă este foarte simplă. Clorura de sodiu ClNa conţinută în apa de mare atacă cromatul de argint (CrO4Ag) de pe suprafaţa tubului de sondă, dând naştere următoarei reacţii: CrO4Ag + Cl Na = Cl Ag + CrO4Na (100)

130

Din această reacţie chimică rezultă clorură de argint (Cl Ag), de culoare albă-gălbuie şi cromat de sodiu (CrO4Na), solubil în apă, care este antrenat de apa de mare, părăsind tubul de sondă la scoaterea acestuia din mare. Din cele arătate se conclude că acest tip de sondă nu este utilizat decât în apă de mare. Dat fiind faptul că sonda mecanică este pe cale de dispariţie de la bordul navelor, ne limităm doar la enunţarea făcută a principiului ei de utilizare.

IV.8. Sonda ultrason IV.8.1. Principiul măsurării adâncimii apei cu sonda ultrason Principiul care stă la baza măsurării adâncimii apei cu sonda ultrason este următorul (fig. 50):

- un emiţător de ultrasunete instalat pe fundul navei în A emite periodic impulsuri scurte de unde ultrasonore, sub forma unui fascicul dirijat în jos pe o direcţie verticală;

- fasciculul de ultrasunete este reflectat pe fundul mării (în B) şi recepţionat la bordul navei de un receptor montat în C. La anumite instalaţii emiţătorul îndeplineşte şi funcţia de receptor, deci emisia şi recepţia ultrasunetelor se face din acelaşi punct; la altele, acestea sunt diferite, dar instalarea lor se face după anumite reguli, emiţătorul şi receptorul fiind instalate câte unul la fiecare bord, în aceeaşi secţiune transversală în imediata apropiere a chilei navei;

- considerând viteza (v) de propagare în apă a ultrasunetelor constantă şi neglijând practic spaţiul AC, adâncimea apei (H) sub chila navei se determină prin măsurarea timpului t necesar pentru ca impulsul de ultrasunete să parcurgă spaţiul AB + BC, din relaţia:

2vtH = (101)

Fig. 50

131

Dacă intervalul de timp contat între momentele emisiei şi recepţiei unui impuls de ultrasunete este de exemplu 0.1 secunde, iar viteza de propagare a ultrasunetelor în apa de mare se consideră 1500m/s, rezultă că adâncimea sub chila navei este de 75 m. Scala sondei ultrason se gradează în metri, braţe sau picioare, asigurându-se transformarea timpului măsurat între momentele emisiei şi recepţiei impulsurilor de ultrasunete în indicaţii de adâncime, printr-un dispozitiv special. Pentru a asigura precizia sondajelor la 1 m, considerăm viteza de propagare a ultrasunetelor în apa de mare cu valoarea sa medie de 1500m/s, rezultă că timpul trebuie contat la precizie de 1/750 secunde. Pe lângă indicarea adâncimilor pe un ecran, sonda ultrason asigură şi înregistrarea acestora, obţinându-se astfel profilul fundului mării pe drumul urmat de navă. IV.8.2. Propagarea ultrasunetelor în apa de mare Ultrasunetele sunt vibraţii sonore care ies din limita de audibilitate a urechii omului având o frecvenţă mai mare de 20000 Hz. Undele sonore prezintă importanţă în navigaţia maritimă, deoarece constituie singura energie oscilatorie care se propagă cu rezultate satisfăcătoare în apa de mare. Ultrasunetele se supun aceloraşi legi ca şi sunetele, însă propagarea lor în apa de mare prezintă anumite particularităţi, a căror cunoaştere este necesară pentru înţelegerea funcţionării sondei ultrason, astfel: - având o lungime de undă mică, ultrasunetele se pot şi propaga sub formă de fascicule dirijate (ca şi undele luminoase), spre deosebire de undele sonore obişnuite care se propagă sferic; - propagându-se sub formă de fascicul dirijat, întreaga energie radiată de un emiţător este concentrată numai pe direcţia de propagare, fapt care are drept consecinţă o mare putere de pătrundere; - intensitatea undelor sonore este proporţională cu pătratul frecvenţei, deci energia transportată de ultrasunete este apreciabil superioară energiei sunetelor de aceeaşi amplitudine; - când pe direcţia de propagare ajung la suprafaţa de separare a două medii, ultrasunetele se reflectă şi se refractă, ca şi undele luminoase;

132

- dau naştere fenomenului de cavitaţie, care se manifestă prin apariţia unor bule de aer ce se ridică la suprafaţa apei. Apa de mare, ca mediu de propagare a ultrasunetelor, prezintă o serie de condiţii specifice, între care considerăm indicat a se menţiona următoarele: a. energia ultrasunetelor scade odată cu îndepărtarea acestora de sursa care le produce, datorită fenomenului de absorbţie de către mediul în care se propagă. Absorbţia provocată de apă, ca mediu de propagare a ultrasunetelor, este superioară celei produse în atmosferă. Fenomenul de absorbţie este cauzat de trei factori importanţi : vâscozitatea mediului (care produce frecări interioare), radiaţia energiei sub formă de energie calorică şi absorbţia intermoleculară a energiei. b. apa de mare nu constituie un mediu omogen, adică proprietăţile de propagare acustică oferite de mediu nu sunt identice în totalitatea punctelor masei de apă. În apa de mare sunt supendate o sumedenie de particule, de nisip sau mici forme de vietăţi marine, capabile să provoace atât difracţia ultrasunetelor (ocolirea obstacolelor de dimensiuni foarte mici), cât şi reflexia acestora. Bulele de aer întâlnite cauzează absorbţia unei părţi a energiei ultrasunetelor, cât şi reflexia lor. Dacă aceste bule de aer prezintă o concentraţie mare, cum poate fi cazul sub coca navei pe mare agitată, când se navigă cu viteză mare având o apupare excesivă sau când maşina principală merge înapoi şi curentul respins de elice ajunge sub navă, acestea pot absorbi toată energia incidentă a ultrasunetelor. Neomogenitatea apei de mare este cauzată în principal de diferenţele de temperatură, salinitate şi presiune a maselor de apă străbătute, care determină variaţia vitezei de propagare a ultrasunetelor. Viteza de propagare a ultrasunetelor creşte cu temperatura, salinitatea şi presiunea apei de mare. Variaţia vitezei ∆Vt de propagare a ultrasunetelor, în funcţie de temperatura apei de mare, de densitatea constantă este dată de relaţia: ∆Vt = 0.0023 vt unde: v = viteza medie de propagare a ultrasunetelor (=1500 m/s) t = temperatura apei în grade Celsius.

133

Formula arată că la creşterea temperaturii apei cu 10C, viteza de propagare se măreşte cu 3.3 m/s. Variaţia vitezei ∆Vn a ultrasunetelor în apa de mare în funcţie de salinitate este: ∆Vn = 0.00123 vn unde : n = salinitatea apei în %0

La creşterea salinităţii apei cu 1%0 viteza de propagare se măreşte cu 1.8 m/s. Variaţia vitezei ∆Vp de propagare a ultrasunetelor funcţie de presiunea apei de mare este exprimată de egalitatea: ∆Vp = 0.00022 p unde : p = presiunea hidrostatică. Se ştie că presiunea apei de mare creşte la fiecare 10 m adâncime cu o atmosferă. La creşterea adâncimii cu 100 m, deci a presiunii cu 10 atmosfere, viteza de propagare se măreşte cu 3.3 m/s. Cele trei formule indicate mai sus privind variaţia vitezei de propagare a ultrasunetelor în apa de mare în funcţie de temperatură, salinitate şi presiune au fost stabilite pe cale experimentală. În Marea Roşie, de exemplu, unde apa de mare are o temperatură mare şi o salinitate ridicată, creşterea vitezei de propagare a ultrasunetelor în zone cu adâncimi mari poate atinge valoarea de 5% (75 m/s); acest fapt este indicat şi pe hărţile de navigaţie a acestor zone. Sondajele efectuate în cadrul lucrărilor hidrografice, care trebuie să fie caracterizate printr-o înaltă precizie, trebuie să fie corectate funcţie de efectele celor trei factori. Eroarea liniară a sondajelor efectuate cu sonda ultrason, sub efectul diferenţei de temperatură, salinitate şi presiune a apei la adâncimi mici este redusă; eroarea liniară în indicaţiile sondei ultrason sub efectul celor trei factori creşte cu adâncimea. De exemplu, la o eroare apreciabilă de ±3%, eroarea în indicaţiile sondei este de 0,30 m la o adâncime de 10 m şi de 3 m la adâncimea de 100 m ş.a.m.d. De aceea la bordul navelor maritime comerciale, unde

134

raţionamente legate de siguranţa navigaţiei impun cunoaşterea precisă a sondajelor doar la adâncimi reduse, nu se face corecţia indicaţiilor sondei ultrason în funcţie de temperatura, salinitatea şi pesiunea apei de mare. Conferinţa internaţională de hidrografie (1962) a stabilit că la o temperatură de 130C, viteza medie de propagare a ultrasunetelor prin apa de mare se consideră egală cu 1500 m/s ≅ 820 braţe/secundă = 4920 picioare/secundă. În anumite zone, curenţii marini sau regimul vânturilor cauzează formarea unor straturi termale în apa de mare, cu variaţii însemnate de temperatură la trecerea prin ele ; acestea pot determina refracţia sau reflexia ultrasunetelor. Efecte similare cauzate de schimbări mari de salinitate pot fi întâlnite în zonele de vărsare a râurilor în mare. c. în apa de mare impulsurile de ultrasunete întâlnesc "zgomote" întâmplătoare, capabile să perturbe propagarea, denumite "zgomote de reverberaţie". O primă categorie este constituită din zgomotele provocate de surse exterioare, între care principalele sunt: valurile, zgomotele provenind de la nava proprie (elice, maşini etc.) şi de la navele care trec în apropiere. Pentru combaterea perturbaţiilor provocate de aceste zgomote, sondele ultrason se proiectează astfel încât să asigure emiterea unui semnal capabil să fie "recunoscut" deasupra nivelului de zgomote ale tuturor celorlalte surse externe însumate. O altă categorie de perturbaţii în propagarea ultrasunetelor este generată de sistemul propriu de emisie-recepţie folosit de sonda ultrason. După emiterea unui impuls de ultrasunete, el este imediat afectat de întâlnirea pe direcţia de propagare cu o serie de "reflectoare": bule de aer, particule de nisip, mâl sau mici varietăţi marine etc… Acestea reflectă o parte din energia emisă sub forma unor semnale de reflexie, denumite "semnale de reverberaţie", care sunt captate de receptorul de la bord. Fiecare reflexie este însoţită de o anumită absorbţie, astfel că intensitatea semnalelor de reverberaţie este diminuată. Fenomenul poate fi considerat continuu, deoarece asemenea "reflectoare" se întâlnesc la toate adâncimile pe direcţia de propagare a impulsurilor de ultrasunete. Frecvenţa lor variază practic în funcţie de densitatea particulelor ce provoacă reflexia şi care de regulă este maximă în zonele de la

135

vărsarea fluviilor în mare, la întâlnirea a doi curenţi, pe funduri mici nisipoase în timp de vreme rea etc. În concluzie, la exploatarea sondelor ultrason la bordul navelor maritime, apa de mare - ca mediu de propagare a ultrasunetelor poate provoca fenomene complexe; ofiţerii maritimi trebuie să cunoască forma de manifestare a acestora în indicaţiile date de sonda ultrason, pentru a fi în măsură să interpreteze corect sondajele efectuate. IV.8.3. Emiţătoare şi receptoare de ultrasunete. Vibratoare Emiţătoarele şi receptoarele de ultrasunete sunt denumite vibratoare sau oscilatoare. Vibratoarele moderne sunt de două feluri: vibratoare piezoelectrice şi vibratoare magnetostrictive.

A. Vibratoare piezoelectrice O lamă de cuarţ dacă este supusă unei presiuni pe feţele ei, acestea se încarcă cu sarcini electrice de un semn pe una din feţe şi de semn opus pe cealaltă faţă (fig. 51): Când forţa de comprimare pe feţele lamei de cuarţ se transformă în întindere, sarcina electrică a fiecărei feţe îşi schimbă semnul; fenomenul este denumit efect piezoelectric. Efectul piezoelectric invers se realizează astfel: cele două feţe ale lamei de cuarţ sunt aduse în contact cu armăturile unui condensator electric plan, între care se stabileşte o diferenţă de potenţial (prin crearea unui câmp electric) ; pe feţele lamei de cuarţ apar sarcini electrice şi lama se deformează, comprimându-se sau dilatându-se în sens perpendicular pe feţe. Dacă condensatorul se conectează într-un circuit alternativ de înaltă frecvenţă, fapt care determină deplasări ale feţelor lamei de cuarţ în ritmul oscilaţiilor curentului electric. Dacă se modifică frecvenţa oscilaţiilor circuitului electric, variază corespunzător şi frecvenţa oscilaţiilor lamei de cuarţ; pentru a se

Fig. 51

136

obţine oscilaţii maxime ale cuarţului, se recomandă ca frecvenţa curentului alternativ să fie egală cu frecvenţa proprie cu care vibrează sistemul lamă de cuarţ - armături. Vibraţiile astfel obţinute se transmit în mediul înconjurător ca ultrasunete. Efectul piezoelectric invers este aplicat la realizarea vibratoarelor de emisie, iar efectul piezoelectric direct la obţinerea vibratoarelor de recepţie. Sub acţiunea câmpului electric alternativ, vibratorul de emisie produce oscilaţii ultrasonore, iar sub acţiunea oscilaţiilor ultrasonore se creează un câmp electric alternativ în vibratorul de recepţie. La sondele ultrason realizate cu vibratoare piezoelectrice se poate folosi atât efectul piezoelectric invers cât şi cel direct, la acelaşi vibrator; în acest caz vibratorul are funcţie dublă - de emiţător de ultrasunete şi de receptor. În prezent cristalul de cuarţ este folosit rar la vibratoarele sondelor ultrason, datorită dificultăţilor de prelucrare. Sondele ultrason moderne folosesc proprietăţile piezoelectrice ale titanatului de bariu sau ale zirconatului de plumb. B. Vibratoare magnetostrictive Dacă o bară dintr-un material feromagnetic (fier, nichel, cobalt sau aliajelor lor) se introduce într-un câmp magnetic, bara suferă o alungire sau o contractare; această variaţie în lungimea barei depinde de natura materialului şi intensitatea câmpului magnetic. Sensul de deformare (alungire sau contractare) a barei nu depinde de sensul câmpului magnetic. De exemplu, folosind o bară de nichel, pe cale experimentală se constată că aceasta se contractă întotdeauna; o bară de oţel sau de cobalt poate să prezinte o deformare în ambele sensuri, alungire sau contractare, în funcţie de intensitatea câmpului magnetic. Această proprietate a materialelor feromagnetice se numeşte magnetostricţiune directă; deformaţiile cele mai mari le prezintă nichelul. Dacă o bară de metal feromagnetic se introduce într-o bobină alimentată cu curent alternativ, lungimea barei variază, lungindu-se sau scurtându-se şi revenind la dimensiunile iniţiale, periodic, sub influenţa câmpului magnetic alternativ generat de bobină. Dacă această bară este din nichel, ea se contractă când curentul trece prin bobină într-un sens sau altul şi îşi

137

revine la lungimea iniţială, când curentul alternativ, respectiv câmpul magnetic indus, trece prin zero, de două ori în fiecare perioadă. În cazul în care curentul alternativ are o frecvenţă ce face ca bara să vibreze la frecvenţa proprie a sistemului, oscilaţiile longitudinale ale barei devin maxime. Aceste oscilaţii se transmit în mediul înconjurător sub formă de ultrasunete; un asemenea dispozitiv poate fi folosit cavibrator de emisie a ultrasunetelor. Se poate produce şi un fenomen magnetostrictiv invers, astfel: schimbarea în lungimea barei produsă printr-un procedeu mecanic determină magnetizarea nichelului. Provocând vibrarea barei de nichel se naşte un câmp magnetic alternativ în jur, care generează un curent alternativ în spirele bobinei. Pe baza fenomenului magnetostrictiv invers se realizează vibratoarele de recepţie; ecoul impulsului de ultrasunete reflectat de fundul mării provoacă vibrarea necanică a barei de nichel, care formează un câmp magnetic alternativ în jur sub efectul căruia se generează un curent alternativ în spirele bobinei, de frecvenţa oscilaţiilor undelor ultrasonore. Vibratoarele magnetostrictive pentru sondele ultrason se realizează din pachete mari de lame subţiri de nichel laminat, izolate între ele sau din inele de nichel laminat. Vibratoarele magnetostrictive sunt mai robuste şi pot fi practic montate oriunde pe fundul navei; sunt însă mai puţin eficiente decât vibratoarele piezoelectrice. Vibratoarele piezoelectrice sunt mai fragile, mai expuse la avarii în urma unor efecte mecanice ("lovituri de valuri", vibraţii, punerea navei pe uscat etc.). La sondele ultrason de înaltă eficienţă, vibratoarele piezoelectrice au prioritate; dealtfel, aceasta este şi tendinţa generală în ultima perioadă, ca urmare a îmbunătăţirii tehnologiei de fabricare a lor. IV.8.4. Poziţia vibratoarelor pe carena navei Perfoemaţele în precizie realizate în funcţionare de o anumită sondă ultrason depind într-o măsură considerabilă de condiţiile care se asigură emisiei, propagării şi recepţiei ultrasunetelor, ca urmare a poziţiei de montare a

138

vibratoarelor de emisie şi recepţie pe carena navei; poziţia de montare a vibratoarelor trebuie aleasă astfel ca efectul perturbator al diferiţilor factori să fie minim. Problema prezintă un interes deosebit pentru navele maritime moderne cu viteză mare, cu maşini puternice şi cu forme specifice de construcţie. Un prim criteriu care trebuie avut în vedere este de a plasa vibratoarele cât mai departe de sursele principale de zgomote: elicea şi prizele de fund ale instalaţiei de răcire a maşinilor. Prizele de fund pe lângă faptul că sunt surse de zgomot, circulaţia apei prin ele favorizează şi formarea de bule de aer; de aceea trebuie să se evite plasarea vibratoarelor la pupa acestora. Bulele de aer care se formează şi se propagă sub coca navei constituie însă sursa principală de perturbaţii în funcţionarea sondei ultrason. Aşa cum s-a arătat mai sus, în punctul 2, acestea constituie reflectoare ale impulsurilor de ultrasunete, care provoacă semnale de reverberaţie, capabile să reducă eficienţa în funcţionare a sondei; în cazul în care densitatea bulelor este mare, deci semnalele de reverberaţie frecvente, apare chiar pericolul ca sonda ultrason să înceteze de a da indicaţii de adâncime. De aceea se impune un studiu foarte atent al fenomenului de generare şi propagare a bulelor de aer sub coca navei; fenomenul poartă denumirea de "aerare". Valul prova, care se formează în prova navei şi se extinde şa circa 1/4 până la 1/3 din lungimea navei spre pupa (funcţie de formele carenei în zona prova), constituie o sursă principală generatoare de bule de aer; acestea se nasc în zona de turbulenţă în care se formează valul prova şi sunt antrenate de liniile de apă sub carena navei la limita dinspre pupa a acestui val. Se conclude căi de la limita dinspre pupa a valului prova, densitatea bulelor de aer este mare şi se impune a se evita montarea vibratoarelor în această zonă. O altă sursă de aerare, de formare a bulelor de aer, o constituie fenomenul de cavitaţie de-a lungul carenei; micile neregularităţi pe suprafaţa carenei, ca depuneri de scoici, rugina, basele etc. generează bule de aer ce se scurg de-a lungul navei, fenomenul fiind mai intens spre pupa. Ţinând seama de cele arătate mai sus, la navele cu forme convenţionale ale provei, montarea vibratoarelor trebuie făcută pe fundul navei în secţiunea cuprinsă de la prova până la 1/3 din lungimea ei spre pupa, într-o

139

zonă lipsită de surse de zgomote şi de deformaţii constructive (dopuri de fund, cordoane de sudură - îndeosebi cele transversale etc.); în cazul montării a două vibratoare, de emisie-recepţie, ele se plasează în aceeaşi secţiune transversală, cât mai aproape de planul diametral al navei. La navele moderne având prova în bulb, cu avantajul unei reduceri a rezistenţei la înaintare, condiţiile de formare şi propagare a bulelor de aer se modifică în mod apreciabil. Fenomenul de aerare este mai intens la prova cu bulb decât la formele convenţionale ale provei, indiferent de starea de plutire a navei ca urmare a condiţiilor de încărcare; bulele de aer formate în zona de turbulenţă, cauzate de pătrunderea bulbului în masa de apă, sunt antrenate sub carena navei la o distanţă de prova considerabil mai mică. Experienţele efectuate pe nave cu bulb la diferite stări de încărcare arată că fenomenul de aerare începe să se manifeste cu intensitate în zona delimitată spre pupa de peretele de coliziune prova. De aceea, la acest tip de nave se recomandă ca vibratoarele să fie plasate în prova peretelui de coliziune, cel mai indicat loc fiind chiar în zona bulbului. Desigur că din punct de vedere constructiv şi al instalării sondei ultrason, indicaţia dată m,ai sus constituie de multe ori o soluţie incomodă, care poate genera dispute între constructor şi beneficiar; criteriile enunţate privind montarea vibratoarelor sondei ultrason pe carena navei trebuie avute însă în vedere cu toată atenţia în activitatea de proiectare, avizare a proiectelor şi la supravegherea construcţiei, pentru a evita riscul ineficienţei sondei ultrason, mijloc deosebit de important pentru siguranţa navigaţiei. IV.8.5. Principiul de funcţionare a sondei ultrason Figura 52 reprezintă schema de principiu a sondei ultrason. Motorul electric (1) roteşte axul (3) şi discul (6); regulatorul electri (2) asigură uniformitatea acestei rotaţii. La fiecare rotaţie completă, o roată prevăzută cu o camă (4) stabileşte un contact care acţionează vibratorul de emisie (8) montat pe fundul navei, emiţând un impuls scurt de ultrasunete; simultan, tubul de neon (7) orientat radial, care se roteşte odată cu discul (6) trece prin dreptul gradaţiei zero a scalei (12), exterioară acestui disc.

140

Impulsul de ultrasunete emis de vibratorul de emisie (8) se propagă pe o direcţie verticală în jos prin apa de mare, în condiţiile menţionate mai sus, fiind reflectat în punctul F de pe fundul mării; ecoul semnalului ultrasonor este recepţionat de vibratorul de recepţie (9). Sub acţiunea eforturilor mecanice ale oscilaţiilor ultrasonore, vibratorul de recepţie generează o energie electrică pe care o transmite la amplificator (10); această energie electrică amplificată aprinde tubul cu neon (7), cu iluminare instantanee, citindu-se adâncimea măsurată pe scală (12) în dreptul semnalului luminos. Tubul cu neon (7) se roteşte odată cu discul (6) cu o viteză uniformă; acesta trece prin poziţia zero a scalei în momentul emiterii impulsului de ultrasunete şi luminează în momentul recepţiei ecoului. Rezultă că tubul cu neon efectuează o rotaţie de un anumit unghi, proporţional cu timpul necesar impulsului de ultrasunete să parcurgă distanţa vibrator de emisie - fundul mării - vibrator de recepţie; considerând viteza de propagare a ultrasunetelor constantă, acest timp este funcţie de adâncimea apei. Se poate spune deci că unghiul descris de tubul cu neon din poziţia zero până în poziţiasemnalului luminos este proporţional cu adâncimea apei, în funcţie de care se gradează scala.(12). Scala sondelor ultrason se gradează în metri sau braţe. La cele care sunt gradate în braţe, prin modificarea vitezei de rotaţie a discului (6) şi a tubului cu neon (7) într-o proporţie de 1/6, aceeaşi scală va indica adâncimea apei în picioare (se ştie că 1 picior = 1/6 braţe). Sistemul de indicare optică a adâncimilor arătat mai sus impune o supraveghere continuă a sondei pe timpul funcţionării de către un observator, cu sarcina citirii sondajelor. În cazul necesităţii efectuării unor sondaje de durată, sonda ultrason înregistratoare prezintă avantaje evidente.

Fig. 52

7 5

1

5

2

12 10 11

9 8

4 3

141

Normele Registrului naval Român prevăd obligativitatea ca sonda ultrason să aibă ambele sisteme, cu indicator optic al sondajelor şi înregistrator, fără a se impune însă funcţionarea lor simultană. Principiul aplicat pentru sistemul de înregistrare a sondajelor la diferitele tipuri de sonde este acelaşi, deosebirea constă doar în detalii de construcţie.

O bandă de hârtie (1) de o compoziţie specială este derulată cu o viteză constantă deasupra unei plăci metalice (2), care îndeplineşte rolul de "pupitru de scris"; banda de hârtie este desfăşurată de pe un sul aflat în spatele plăcii metalice şi înfăşurată pe sulul (3), fig. 52.

Un braţ cu un stil (perniţă specială) în vârf (4) este rotit în sens direct, cu o viteză constantă, de axul (5). Când stilul se află într-o anumită poziţie (A), aproape de marginea din stânga a benzii de hârtie, se înregistrează un semn (punctiform); acest moment este simultan emiterii impulsului de ultrasunete de către vibratorul de emisie.

În momentul recepţiei ecoului de către vibratorul de recepţie, sistemul marchează pe banda de hârtie poziţia corespunzătoare B; arcul AB este proporţional cu adâncimea apei în momentul sondajului. Adâncimea se citeşte pe o scară gradată (în metri, braţe sau picioare), care este marcată de-a lungul arcului AC, acoperind banda de hartie pe întreaga ei lăţime. Totalitatea semnelor corespunzătoare momentului B, marcate pe banda de hârtie, care este derulată cu o viteză uniformă - aşa cum s-a arătat, reprezintă profilul fundului pe drumul urmat de navă; această linie care uneşte totalitatea punctelor B este denumită "linia ecourilor" sau "linia fundului". Semnele corespunzătoare momentului A marcate de-a lungul marginii din stânga a benzii de hârtie este denumită "linia zero" a sondei înregistratoare.

Fig. 52

5

4

2

1

3

A B C

142

IV.8.6. Utilizarea sondei ultrason în navigaţie. Interpretarea indicaţiilor

Serviciile pe care sonda ultrason le aduce în navigaţie, sunt condiţionate de modul de exploatare şi corecta interpretare a indicaţiilor. Amplificarea excesivă după punerea în funcţiune a sondei cauzează apariţia pe banda înregistratoare a o serie de linii şi semne, imediat în dreapta liniei zero sau a mai multor semnale luminoase în dreapta gradaţiei zero a scalei indicatorului optic, denumite semnale de încrucişare; acestea sunt cauzate de o parte a energiei oscilatorii emise, care se transmite direct la vibratorul de recepţie prin tablele de fund ale navei sau prin apă. Semnalele de încrucişare nu apar ca o linie continuă pe banda de înregistrare, deoarece traiectoriile urmate de ultrasunetele care le generează şi mediile de propagare diferă. În cazul adâncimilor mici, situaţie în care obţinerea unor indicaţii clare este deosebit de inportantă, semnalele de încrucişare acoperă complet linia ecourilor la sonda înregistratoare, respectiv semnalul luminos de adâncime la indicatorul optic. Pentru a se evita o asemenea situaţie nefavorabilă, la punerea în funcţie a sondei se reduce amplificarea, care se măreşte apoi treptat până la obţinerea unor indicaţii clare; amplificarea optimă este indicată de o linie a ecourilor bine conturată la sonda înregistratoare şi respectiv, nişte semnale luminoase de adâncime singulare şi constante, pe indicatorul optic. Corectarea sondajelor funcţie de pescajul navei se efectuează atunci când se impune compararea adâncimilor măsurate cu cele indicate în harta de navigaţie, pentru controlul poziţiei navei. Sonda ultrason indică adâncimea apei de la nivelul vibratoarelor până la fundul mării ; pentru obţinerea adâncimii apei faţă de nivelul mării trebuie însumată adâncimea indicată de sondă cu pescajul navei (la nivelul vibratoarelor). La navele care au o variaţie de pescaj neînsemnată (navele de pasageri, navele militare etc.), această operaţiune poate fi eliminată la sondele înregistratoare printr-o decalare corespunzătoare spre stânga a liniei zero, funcţie de pescajul navei. La navele de transport însă o asemenea reglare a sondei este fără sens, datorită variaţiei considerabile a pescajului funcţie de starea de încărcare; de

143

aceea, la aceste tipuri de nave, linia zero a sondei corespunde întotdeauna nivelului vibratoarelor. Controlul preciziei adâncimilor indicate de sondă se efectuează cu o sondă simplă. Această operaţiune se recomandă a fi efectuată periodic, pe un fund pe cât posibil plat, fără neregularităţi; cea mai bună ocazie se oferă când nava staţionează în aşteptarea pilotului sau când se execută manevra de apropiere spre locul de ancorare. Se măsoară simultan adâncimea apei cu sonda simplă, în dreptul vibratoarelor şi cu sonda ultrason; operaţiunea se repetă de două sau trei ori, în poziţii diferite ale navei. Media diferenţelor dintre indicaţiile sondei ultrason şi ale sondei simple, după ce sondajele luate cu sonda simplă au fost corectate funcţie de pescajul navei, reprezintă corecţia sondei ultrason; în cele menţionate s-a considerat că viteza de propagare a ultrasunetelor prin apă este constantă. Sondajele efectuate cu sonda ultrason se corectează în funcţie de eroarea determinată. Ecourile duble sau triple în indicaţiile sondei apar de regulă pe funduri dure (stâncă, piatră etc.) cu o capacitate mare de reflexie a ultrasunetelor, la adâncimi mici şi medii, când sonda este reglată cu amplificarea excesivă. În acest caz, pe banda înregistratoare apar două sau trei linii ale ecourilor, orientate aproape paralel (fig. 53), iar la indicatorul optic – două sau trei semnale luminoase de adâncime, apropiate. Acest fenomen este consecinţa unei reflexii repetate a ultrasunetelor în sus şi în jos, de două sau trei ori, între fundul mării şi fundul navei sau suprafaţa mării. Într-o asemenea situaţie se impune o reglare atentă a sondei, reducând întâi în mod evident amplificarea şi apoi mărind-o treptat până la obţinerea unor indicaţii clare. Aşa-denumitele "ecouri false" în indicaţiile sondei ultrason, de cele mai multe ori sub forma unor ecouri slabe, sunt determinate de reflexia impulsurilor de ultrasunete la întâlnirea pe direcţia de propagare a unor reflectoare, astfel:

Fig. 53

144

- straturi care separă mase de apă cu temperaturi sau salinitate mult diferite, aşa cum s-a arătat;

- planctonul, mâlul sau iarba de mare, când acestea acoperă un fund stâncos.

Fenomenul de aerare a straturilor de apă de sub carena navei, aşa cum s-a arătat, prin generarea şi propagarea de bule de aer în dreptul vibratoarelor şi în calea impulsurilor de ultrasunete, poate cauza perturbaţii însemnate în funcţionarea sondei ultrason, sub forma semnalelor de reverberaţie. Chiar dacă poziţia de montare a vibratoarelor de emisie şi recepţie a fost corect aleasă, totuşi în anumite condiţii de navigaţie fenomenul îşi arată efectele, astfel: - pe mare agitată, cu tangaj şi ruliu puternic. Fenomenul se observă cu mai multă intensitate când nava este în balast şi în general când pescajul este redus; - când se navigă în balast cu viteză mare, având o apupare excesivă; - la manevra de ancorare, situaţie în care controlul adâncimii apei este necesar, în momentul când curentul respins al elicei (cu un conţinut însemnat de bule de aer), cauzat de punerea maşinii "înapoi", ajunge sub vibratoarele de emisie şi recepţie. De cele mai multe ori în asemenea situaţii sonda ultrason încetează de a mai da indicaţii de adâncime; - la schimbări de drum cu un unghi mare de cârmă; - după staţionări ale navei în ape cu fund mâlos. Mâlul favorizează depunerea de bule de aer sub vibratoare, care dispar după un timp oarecare de navigaţie; dacă se impune folosirea sondei imediat după plecare, într-o asemenea situaţie se recomandă ca să se pună "maşina înapoi" pentru scurt timp, astfel încât curentul respins al elicei să "spele" fundul navei de bulele de aer, după care se pune maşina "înainte". Sonda ultrason poate avea şi alte utilizări decât în scopul măsurării adâncimii. Astfel la adâncimi mici (de regulă limitate la 100 m), sonda înregistratoare poate fi folosită la identificarea epavelor pe fundul mării. Sondele ultrason cu fascicol orientabil constituie un mijloc foarte preţios la bordul pescadoarelor şi al vânătoarelor de balene pentru identificarea şi determinarea elementelor de mişcare a bancurilor de peşti şi a balenelor.

145

Regulile de registru prevăd în general următorii parametri obligatorii pentru sondele ultrason instalate la bordul navelor maritime, în vederea acordării clasei:

- asigurarea măsurării adâncimii până la 500 m; - precizia sondajelor trebuie să fie de cel puţin ± 0.5 m până la

adâncimi de 20 m şi de ± 3% la adâncimi superioare celei de 20 m.;

- scara adâncimilor măsurate trebuie să fie împărţită cel puţin în două game: de la 0-100 m şi de la 0-500 m.

- asigurarea unei funcţionări continue cel puţin 12 ore, fără pericolul supraîncălzirii părţilor componente.

146

CAPITOLUL V

GENERALITĂŢI. LOXODROMA ŞI ORTODROMA.

PROIECŢIA MERCATOR. CONDIŢII CARE SE CER UNEI HĂRŢI MARINE. CLASIFICAREA HĂRŢILOR MARINE. CONŢINUTUL HĂRŢILOR MARINE. CORECŢIA HĂRŢILOR MARINE. HARTA

ELECTRONICĂ. SISTEMUL ECDIS. MIJLOACE PENTRU ASIGURAREA HIDROGRAFICĂ A NAVIGAŢIEI. SISTEMUL

INTERNAŢIONAL DE BALIZAJ MARITIM PENTRU REGIUNEA A DOCUMENTE NAUTICE. PĂSTRAREA ŞI ACTUALIZAREA

DOCUMENTELOR NAUTICE

V.1. Generalităţi

Asigurarea hidrografică şi de navigaţie formează un capitol separat în ştiinţa CONDUCERII NAVEI. Prin aceasta trebuie să se înţeleagă crearea unor condiţii optime, care să permită deplasarea în siguranţă a navelor pe căile de comunicaţii maritime şi fluviale. Această activitate organizată de organele hodrografice şi de un personal specializat constă în:

1. întocmirea cărţilor-pilot şi a documentelor nautice conexe; 2. editarea hărţilor marine de navigaţie la diferite scări; 3. constituirea şi amenajarea sistemului de semnalizare a navigaţiei şi

publicarea caracteristicilor acestora, în diferite publicaţii nautice (cartea farurilor şi radiofarurilor);

4. instalarea şi menţinerea în zonele mării cu pericole sau condiţii grele de navigaţie a unui sistem de mijloace de avertisment.

5. organizarea permanentă şi operativă a "informării de navigaţie” prin publicarea avizelor pentru navigatori prin care se aduc la cunoştinţa navigatorilor toate datele în legătură cu schimbările survenite în situaţia asigurării hidrografice de navigaţie.

147

V.2. Loxodroma şi ortodroma

Guvernarea navei între două puncte de pe suprafaţa Pământului, se asigură menţinând drumul compas corespunzător drumului adevărat ce leagă cele două puncte. Considerând că drumul navei se menţine constant, se deduce natura geometrică a traiectoriei descrise de navă pe suprafaţa Pământului în deplasarea ei de la un punct la altul: o linie care taie toate meridianele sub acelaşi unghi. Curba de pe suprafaţa Pământului care taie toate meridianele sub acelaşi unghi se numeşte loxodromă. Faţă de cele arătate, drumul adevărat al navei mai poate fi definit deci ca unghiul constant format între loxodroma parcursă de navă şi meridianele intersectate. De aceea, drumul urmat de navă în deplasarea ei de la un punct la altul pe sfera terestră mai este denumit şi drum loxodromic. Navigaţia efectuată de navă de-a lungul unei loxodrome este denumită navigaţie loxodromică. Lungimea loxodromei care leagă două puncte de pe suprafaţa terestră nu reprezintă distanţa cea mai scurtă. Distanţa cea mai scurtă între două puncte pe sfera terestră este arcul de cerc mare. Arcul de cerc mare care uneşte două puncte de pe suprafaâa sferei terestre se numeşte ortodromă. Studiul ortodromei, conduce la concluzia că ortodroma taie meridianele sub unghiuri diferite, cu excepţia cazurilor când aceasta se confundă cu ecuatorul sau cu meridianele. Deşi loxodroma nu reprezintă drumul cel mai scurt dintre două puncte de pe suprafaţa Pământului, totuşi navigaţia nu este posibilă practic decât pe loxodromă, fapt impus de modul de guvernare a navei, care se face menţinând un drum constant cu ajutorul compasului. Cazuri particulare ale loxodromei sunt generate în drumurile de 00, 1800, 900 şi 2700, când nava se deplasează de-a lungul unui meridian, paralel sau pe ecuator. Considerând loxodroma ce trece printr-un punct Z (fig. 54) şi care taie meridianul punctului respectiv într-un unghi oarecare D, diferit de 00, 1800, 900 şi 2700 - prelungită şa infinit, aceasta se apropie de cei doi poli tereştri în formă

148

de spirală, fără a-i atinge. Drumul care permite atingerea polilor tereştri, în mod teoretic, este de 00 sau 1800, când s-ar naviga pe meridian.

Când distanţa dintre punctul de plecare şi punctul de sosire este relativ redusă, cum este spre exemplu în cazul navigaţiei în Marea Neagră, Marea Mediterană sau Marea Roşie, diferenţa dintre distanţa loxodromică şi distanţa ortodromică este practic neînsemnată.

Dacă însă, distanţa dintre punctul de plecare şi cel de sosire este mare şi punctele se află la o mare diferenţă de longitudine, cum este în cazul traversadelor oceanice, diferenţa dintre distanţa loxodromică şi cea ortodromică poate fi considerabilă: în acest caz, dacă factori de ordin hidrometeorologic nu impun altfel, pentru a reduce distanţa de parcurs, se navigă pe loxodrome scurte ce leagă puncte intermediare ale ortodromei; acest mod de a naviga între două puncte aflate la mare distanţă se numeşte navigaţie ortodromică. Navigaţia de-a lungul ortodromei nu este practic posibilă, deoarece ar impune o schimbare continuă a drumului navei.

V.3. Proiecţia mercator În scopul transformării proiecţiei centralo-cilindrice drepte neconforme într-o proiecţie conformă, Mercator a procedat în principiu astfel:

- a lăsat meridianele în poziţia în care apar în reţeaua cartografică a proiecţiei centralo-cilindrice drepte, distanţele de-a lungul paralelelor crescând deci proporţional cu sec ϕ;

- a calculat poziţia paralelelor în raport cu ecuatorul astfel ca, în noua reţea cartografică distanţa de la ecuatori la un paralel de latitudine oarecare ϕ să crească de asemenea proporţional cu sec ϕ.

Cu alte cuvinte, în proiecţia Mercator, deformaţiile de-a lungul meridianelor şi paralelelor sunt proporţionale cu o aceeaşi mărime, sec ϕ, condiţie esenţială a conformităţii hărţii.

Fig. 55

149

Pentru a stabili relaţia care exprimă distanţa de la ecuator la un paralel de latitudine oarecare ϕ în proiecţia Mercator, se consideră pe sfera terestră suprafaţa infinit mică ABCF, delimitată de două meridiane şi două paralele infinit apropiate (fig. 55 a), care se proiectează pe un cilindru tangent după linia ecuatorului. Elementele care determină figura ABCF sunt:

- AB, arcul paralelului de latitudine ϕ şi rază r, cuprins între meridianele PE şi PQ, infinit apropiate, separate de diferenţa de longitudine dλ. Arcul λdrAB ⋅= . - AC = BF, arce de meridian infinit mici, cuprinse între aceleaşi paralele, separate de diferenţa de latitudine dϕ. Raza Pământului fiind R, mărimea arcului ϕdRBFAC ⋅== . Desfăşurând cilindrul de proiecţie în plan se obţine figura abcf, de forma unui dreptunghi (fig. 55 b), reprezentând proiecţia figurii ABCF de pe suprafaţa terestră. Elementele dreptunghiului abcf sunt: - ab, segmentul paralelului de latitudine ϕ, egal în proiecţie cu segmentul de ecuator cuprins între aceleaşi meridiane, a cărui mărime

abdREQ =⋅= λ ;

- ac şi bf, care sunt creşteri infinit mici ale distanţei Ea şi, respectiv, Qb, de la ecuator la paralelul de latitudine ϕ. În proiecţie, distanţa de la ecuator la paralelul de latitudine ϕ se notează ϕc, iar creşterile infinit mici ac = bf cu dϕc.

Fig. 56 a, b

a. b.

150

Pentru ca proiecţia să fie conformă, trebuie să se asigure asemănarea figurilor: asemănarea figurilor este condiţionată de proporţionalitatea laturilor omoloage, deci proiecţia trebuie să satisfacă proporţia:

acAC

abAB

= (102)

Insă: λλ

dRdr

abAB

⋅⋅

= şi cddR

acAC

ϕϕ⋅

=

deci: cddR

dRdr

κϕ

λλ ⋅=

⋅⋅

ştiind că r = R cos ϕ se poate scrie:

cd

dRdR

dRϕλ

λλϕ ⋅=

⋅⋅cos

de unde: ϕϕϕ

cosdRcd = (103)

Pentru a stabili relaţia care exprimă în proiecţie distanţa ϕc de la ecuator la paralelul de latitudine ϕ, se integrează ecuaţia diferenţială (103) în limitele de la ϕc1 = 0 la ϕc2 = ϕc şi de la ϕ1 = 0 la ϕ2 = ϕ, astfel:

∫∫ =ϕϕ

ϕϕϕ

00 cosdRcdc (104)

Transformând şi integrând expresia (104) se obţine:

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +=

24ln ϕπϕ tgRc (105)

Transformarea expresiei ϕϕ

cosd din relaţia (104) pentru a obţine pe

(105) se face astfel:

151

=

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ +

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ +

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

=

24cos

24cos

24sin

24cos

24cos

24sin2

2sincos

2

2

ϕπ

ϕπϕπ

ϕπϕ

ϕπϕπϕ

ϕπϕ

ϕϕ

d

ddd

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

=

24

24ϕπ

ϕπ

tg

tgd

Integrând ultima expresie de mai sus, se obţine:

Ctgtg

tgd+⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ +=

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

∫ 24ln

24

24 ϕπϕπ

ϕπ

Ecuaţia (105) exprimă distanţa ϕc de la ecuator la un paralel de latitudine oarecare ϕ în proiecţie Mercator, care este cunoscută sub numele de latitudine crescândă. Trasând paralele de latitudine la distanţa ϕc de ecuator, dată de expresia (105), proiecţia Mercator satisface proporţia (102), deci proiecţia este conformă. Raportul:

ϕϕϕ

ϕϕ

ϕϕ sec

cos1cos ====

Rd

dR

Rdcd

ACac (106)

arată că, în proiecţia Mercator distanţele de-a lungul meridianelor cresc proporţional cu se ϕ, la fel cu creşterea distanţelor de-a lungul paralelelor în proiecţia centralo-cilindrică dreaptă neconformă. Pentru a vedea cum apare drumul loxodromic în proiecţia Mercator, considerăm pe sfera terestră (fig. 55 a) arcul loxodromic AF, ce formează unghiul D (= drumul navei) cu meridianul PA; arcul loxodromic în proiecţia Mercator, considerăm pe sfera terestră arcul loxodromic AF pe sfera terestră este

152

reprezentat de segmentul infinit mic af (fig. 55 b) în proiecţie Mercator, formând cu meridianul unghiul D’. Pe sfera terestră, unghiul D este exprimat de relaţia:

ϕ

ϕλd

dDtg cos⋅=

În proiecţia Mercator, unghiul D’ este dat de relaţia:

ϕ

ϕλ

ϕϕλ

ϕλ

dd

dR

dRcd

dRacfcDtg cos

cos

' ⋅=

⋅=

⋅== (107)

Rezultă că D’ = D, deci drumurile loxodromice din proiecţia Mercator sunt egale cu cele corespunzătoare de pe sfera terestră. În proiecţia Mercator meridianele apărând ca drepte paralele şi echidistante, loxodroma este reprezentată ca o linie dreaptă tăind meridianele sub unghiuri egale cu drumul navei D; cu alte cuvinte, loxodroma apare ca o dreaptă secantă ce taie meridianele sub unghiuri egale cu drumul navei (D în acest caz este un unghi corespondent). În concluzie proiecţia Mercator îndeplineşte cele două proprietăţi fundamentale ale unei hărţi marine: este conformă şi loxodroma apare ca o dreaptă, drumul loxodromic menţinându-se acelaşi cu cel de pe sfera terestră. V.3.1. Elipsoidul terestru în proiecţie Mercator În analiza noastră anterioară, Pământul a fost considerat de formă sferică, ipoteză care satisface nevoile curente ale navigaţiei. În scopul obţinerii unei precizii mărite la întocmirea hărţilor marine, în hidrografie, Pământul se consideră de forma unui elipsoid de revoluţie. În cadrul elipsoidului terestru, având semiaxa mare a şi excentricitatea e, latitudinea crescândă este dată de expresia:

2

sin1sin1

24ln

e

eetgac ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+−

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +=

ϕϕϕπϕ (108)

153

care se exprimă în unităţi egale cu lungimea unui minut de ecuator terestru, numic milă ecuatorială. După dimensiunile elipsoidului Krasovski (în funcţie de care este calculată tabla 26 din Tabele Nautice MT-53, folosită pentru calculul latitudinilor crescânde), lungimea arcului de ecuator terestru de un minut (l) este: ( )Meaecuatorialmilamarcal 1391855'1 =⋅=⋅= (109)

Pentru a obţine latitudinea crescândă în mile ecuatoriale, semiaxa mare a elipsoidului terestrutrebuie exprimată în aceeaşi unitate de măsură, iar logaritmii naturali trebuie să fie transformaţi în logaritmi zecimali: - lungimea semiaxei mari a elipsoidului terestru, în mile ecuatoriale, este:

eecuatorialmilelarc

la 74683437'

⋅== ;

- logaritmii naturali se transformă în logaritmi zecimali cu ajutorul modulului M:

AM

A log1ln =

unde: M = 0.4342945 Înlocuind în inegalitatea (109) se obţine expresia care dă latitudinea crescândă ϕc în mile ecuatoriale:

2

sin1sin1

24log1

'

e

eetg

Mlarclc ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+−

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +⋅=

ϕϕϕπϕ

sau 2

sin1sin1

24log

4342945.07468.3437

e

eetgc ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+−

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +=

ϕϕϕπϕ

de unde: 2

sin1sin1

24log70447'.7915

e

eetgc ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+−

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +=

ϕϕϕπϕ (110)

154

Expresia (110) stă la baza întocmirii tablei 26 din Tablele Nautice MT-53 care dă latitudinea crescândă în funcţie de latitudinea geografică. Utilizând dimensiunile elipsoidului internaţional, formula ce exprimă latitudinea crescândă este următoarea:

2

sin1sin1

24log704674'.7915

e

eetgc ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+−

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +=

ϕϕϕπϕ (111)

care stă la baza întocmirii a o serie de table nautice folosite la bordul navelor noastre. Din comparaţia egalităţilor (110) şi (111) se observă că diferenţele care rezultă din calcularea latitudinilor crescânde ca urmare a folosirii dimensiunilor elipsoidului Krasovski sau ale celui internaţional sunt neglijabile. Latitudinea crescândă prezintă importanţă practică în întocmirea reţelei cartografice a hărţilor marine; denumirea de latitudine crescândă derivă de la faptul că, în proiecţie, lungimea unei diviziuni care reprezintă l’ de latitudine creşte de la ecuator spre poli proporţional ce sec ϕ. În proiecţia Mercator, distanţa măsurată pe meridian între două paralele se numeşte diferenţă de latitudine crescândă (∆ϕc). Diferenţa de latitudine crescândă se exprimă în mile ecuatoriale şi se calculează făcând diferenţa dintre latitudinile crescânde ale punctelor considerate, după relaţia:

12 ccc ϕϕϕ ±∆=∆ în care semnul minus se aplică pentru latirudini de acelaşi semn şi semnul opus, pentru latitudini de semne contrarii. În cazul unor latitudini de acelaşi semn, ϕc2 este latitudinea crescândă superioară şi ϕc1 cea inferioară. Exemplul 1. Se cere diferenţa de latirudine crescândă între paralele de latitudine ϕ1 = +48028’ şi ϕ2 = +56032’. Rezolvare: (cu ajutorul tablei 26 din Tablele nautice MT-53)

ϕ2 = +56032’ …………… ϕ2 = 4112.3 ϕ1 = +48028’ ………….... ϕ1 = 3316.3 ∆ϕc = 796.0 mile ecuatoriale.

155

Exemplul 2. Se cere diferenţa de latitudine crescândă între paralele de latitudine ϕ1 = -4016’ şi ϕ2 = +6024’. Rezolvare: ϕ1 = -4016’ …………… ϕ1 = 254.5 ϕ2 = +6024’ ………….... ϕ2 = 382.7 ∆ϕc = 636.7 mile ecuatoriale. V.3.2. Măsurarea distanţelor pe harta Mercator. Scara distanţelor Pentru măsurarea distanţelor pe harta Mercator se foloseşte mila Mercator, reprezentată de diferenţa de latitudine crescândă corespunzătoare diferenţei de latitudine de un minut. În proiecţia Mercator mila Mercator reprezintă deci mărimea grafică a unui minut de meridian la o latitudine oarecare. Mila Mercator nu are o mărime constantă, ci creşte proporţional cu secϕfapt ilustrat de expresia (107). Considerând l = lungimea grafică a unui arc de ecuator de un minut, lungimea grafică a unui minut de meridian (l’ = mila Mercator), la latitudinea ϕ, în proiecţia Mercator este dată de relaţia:

ϕϕ

seccos

1' ll == (112)

Pentru a se uşura măsurarea distanţelor în practica lucrului pe hartă, hărţile mercator conţin scara grafică a latitudinilor crescânde, reprezentată printr-o împărţire a meridianelor limită ale hărţii respective, în mile Mercator; scara grafică a latitudinilor crescânde sau cum i se spune în mod obişnuit “scara latitudinilor”, poate servi atât ca scară pentru determinarea latitudinilor, cât şi scara grafică pentru măsurarea distanţelor. Relaţia (112) arată că scara distanţelor în hărţile Mercator este o scară neuniformă, variaţia ei fiind cu atât mai mare, cu cât latitudiea este mai mare, deoarece variaţia secantei este lentă pentru unghiuri mici şi foarte mare pentru unghiuri care se apropie de 900. Pe hărţile de navigaţie în proiecţie Mercator la scară mare, care reprezintă zone limitate, la latitudini care nu depăşesc latitudinea de 600, variaţia scării latitudinilor pe aceeaşi hartă poate fi considerată practic neînsemnată.

156

Totuşi, pentru navigator trebuie să rămână ca regulă în practica măsurării distanţelor cu gheara de compas pe harta Mercator, de a raporta deschizătura acestuia, reprezentând distanţa dintre două puncte, pe acea parte a scării latitudinilor care se află între paralelele punctelor dintre care se măsoară distanţa. Această indicaţie este cu atât mai importantă, cu cât scara hărţii este mai mică, reprezentând o zonă extinsă maritimă sau oceanică şi cu cât latitudinea la care se navigă este mai mare.

V.3.3. Scara hărţii Mercator. Clasificarea hărţilor marine după scară Cele arătate anterior arată că, scara unei hărţi Mercator, ca raport între lungimile din hartă şi distanţele corespunzătoare de pe suprafaţa Pământului, nu poate fi valabilă pentru întreaga zonă reprezentată, deoarece scara hărţii creşte proporţional cu sec ϕ, de la ecuator spre poli. De aceea, în întocmirea hărţilor marine în proiecţia Mercator, scara hărţii se stabileşte obişnuit pentru latitudinea medie a zonei reprezentate; paralelul pentru care se stabileşte scara unei hărţi Mercator se numeşte paralel de referinţă. Motive de ordin practic, cum ar fi de exemplu întocmirea a două hărţi Mercator pentru o anumită zonă, astfel ca ele să poată fi “asamblate”, se pot face ca paralelul de referinţă să fie altul decât cel al latitudinii medii; în exemplul dat, paralelul de referinţă va trebui să fie acelaşi pentru ambele hărţi. Pentru a stabili relaţia care leagă scara unei proiecţii Mercator la ecuator, faţă de scara în aceeaşi proiecţie la o latitudine ϕ, se consideră:

=Se1 scara hărţii la ecuator;

=ϕS1 scara hărţii de-a lungul paralelului de latitudine ϕ

Cele două scări sunt legate prin relaţia:

ϕϕ

cos11⋅=

SSe sau ϕ

ϕsec11⋅=

SeS

de unde:

157

ϕϕ cos⋅= SeS şi ϕκ sec⋅= SSe (113) Relaţiile (113) dau posibilitatea de a calcula scara hărţii pentru un paralel de latitudine oarecare, dacă se cunoaşte scara hărţii la ecuator sau de a se calcula scara pentru un anumit paralel, cunoscând scara hărţii pentru paralelul de referinţă al zonei reprezentate. Scara hărţilor marine variază după importanţa pe care o prezintă zona maritimă sau oceanică, în funcţie de traficul maritim şi condiţiile de navigaţie. În funcţie de mărimea scării, hărţile marine se clasifică astfel : - hărţi oceanice, care se întocmesc la scări în jur de 1/6 000 000, reprezentând zone oceanice cu o mare întindere; aceste hărţi servesc pentru studiul drumului, la executarea traversadelor oceanice; - hărţi generale de navigaţie, la scări care variază între 1/4 500 000 şi 1/600 000. Acestea sunt hărţi care reprezintă zone maritime întinse; servesc la studiul drumului, iar cele la scară mai mare pot fi utilizate şi pentru ţinerea navigaţieila zi, la larg sau în apropierea coastelor lipsite de pericole de navigaţie; - hărţi costiere speciale, la scări cuprinse între 1/100 000 şi 1/60 000. Ele reprezintă strâmtori, zone pentru accesul în porturi şi în general, zone unde navigaţia este dificilă; - planuri, la scări variind între 1/50 000 şi 1/5 000 sau chiar până la ½ 000, reprezentând rade şi porturi. Hărţile în proiecţie Mercator se utilizează în mod obişnuit pentru reprezentări de zone la latitudini mai mici de 800, la scări mai mici de 1/50 000. Planurile pentru uzul navigaţiei la scări mai mari de 1/50 000 se întocmesc în general în proiecţie gnomonică. V.3.4. Construcţia reţelei cartografice în proiecţie Mercator În practica reţelei navigaţiei se pot ivi situaţii care să necesite construcţia reţelei cartografice în proiecţie Mercator. Pentru a putea stabili modul de construcţie a reţelei cartografice, trebuie însuşită mai întâi noţiunea de modulul hărţii. Modulul hărţii (m) este lungimea grafică a unui arc de ecuator de 1’, exprimată în milimetri. Determinarea modulului hărţii se face în funcţie de scara hărţii şi de faptul dacă cilindrul de proiecţie este tangent după linia ecuatorului

158

sau secant după linia paralelului de referinţă pentru care este stabilită scara hărţii. Dacă proiecţia se face pe un cilindru tangent la elipsoidul terestru după linia ecuatorului, modulul hărţii se calculează după relaţia:

Se

m 1100039.1855 ××=

unde 1855.39 reprezintă lungimea arcului de ecuator de l’, în metri, iar Se1 scara

hărţii la ecuator. Dacă proiecţia se face pe un cilindru secant la elipsoidul terestru după linia paralelului de referinţă de latitudine ϕ, modulul hărţii se calculează după relaţia:

ϕS

pm 1⋅=

în care:

=ϕS1 scara hărţii de-a lungul paralelului de referinţă

=⋅= 'larcrp lungimea, în milimetri, a unui arc de un minut al

paralelului de referinţă de latitudine ϕ; r reprezintă raza paralelului de referinţă de latitudine ϕ, care pentru elipsoidul terestru este exprimată de relaţia:

( )222 sin1

cosl

e

arϕ

ϕ

−

⋅=

Mărimea p este redată în diferite table cartografice sau de navigaţie; astfel, tabla III din Tavole Nautiche conţine lungimea, în metri, a arcului de 10’ de meridian şi de paralel pentru diferite latitudini ale elipsoidului terestru. Obţinând din tablă lungimea, în metri, a arcului de paralel de 10’, se poate stabili cu uşurinţă lungimea, în milimetri, a arcului de paralel de un minut, în funcţie de latitudine, în continuare se dă un extras din Tavole Nautiche (Tabla III), a lungimii, în metri, a arcului de paralel de 10’, pentru latitudini cuprinse între 59040’ şi 60020’;

159

Latitudinea 10’ de paralel (m)

59040’ 60000’ 60020’

9393,8646… 9300,4653… 9206,7469…

În cele arătate pentru calculul modulului hărţii, Pământul s-a considerat de forma unui elipsoid de revoluţie. Considerând Pământul de formă sferică, în construcţia de reţele cartografice a unor zone puţin extinse sau pentru rezolvarea unor probleme care nu solicită o precizie riguroasă, modulul hărţii se calculează astfel: - dacă cilindrul de proiecţie este tangent la sfera terestră după linia ecuatorului:

Se

m 110001852 ××=

- dacă cilindrul de proiecţie este secant la sfera terestră după paralelul de referinţă de latitudine ϕ:

ϕ

ϕS

m 11000cos1852 ×××=

în care 1852 reprezintă lungimea unui arc de cerc mare de l’ pe sfera terestră, iar

Se1 şi

ϕS1 , la fel ca în consideraţiile anterioare, scara hărţii la ecuator şi

respectiv de-a lungul paralelului de referinţă de latitudine ϕ. Cunoscându-se modul de determinare a modulului hărţii, construcţia reţelei cartografice în proiecţie Mercator pentru o anumită zonă se face astfel: - se stabilesc meridianele şi paralelele limită ale zonei de reprezentat, scara proiecţiei şi paralelul de referinţă, care în general este acela al latitudinii medii; - se calculează modulul hărţii (m); - se stabilesc intervalele la care se trasează meridianele şi paralelele (din 30 în 30’, din 1 în 10 etc); - se calculează lungimea cadrului hărţii (Lλ), adică lungimea grafică cuprinsă între meridianul de vest şi cel de est, care limitează zona de reprezentat,

160

înmulţind modulul hărţii cu diferenţa de longitudine (∆λ) dintre cele două meridiane limită: λλ ∆⋅= mL - se calculează lăţimea cadrului hărţii (Lϕ), adică mărimea grafică cuprinsă între paralele de latitudine care limitează zona de reprezentat. Lăţimea cadrului hărţii se obţine înmulţind modulul hărţii cu diferenţa de latitudine crescândă (∆ϕc) a paralelelor care limitează zona de reprezentat: cmL ϕϕ ∆⋅=

- se trasează cadrul hărţii cu ajutorul dimensiunilor (Lλ şi Lϕ) astfel calculate; - se calculează lungimea grafică a intervalului ∆Lϕ care separă două meridiane alăturate din reţeaua cartografică. Scara grafică a longitudinilor fiind constantă în proiecţia Mercator, mărimea grafică a unui interval se obţine împărţind lungimea cadrului hărţii (Lλ) la numărul intervalelor, în funcţie de numărul meridianelor pe care trebuie să-l conţină reţeaua cartografică; - se calculează distanţa grafică dintre fiecare paralel în parte, pe care trebuie să-l conţină reţeaua cartografică, faţă de paralelul inferior sau superior al hărţii, după cum zona de reprezentat se află în emisfera nordică sau sudică. Distanţa grafică la care se află un paralel oarecare, în raport cu paralelul inferior sau superior al hărţii (în funcţie de emisfera în care este cuprinsă zona), se determină înmulţind modulul hărţii cu diferenţa de latitudine crescândă a celor două paralele. Cunoscându-se aceste distanţe grafice, se trasează fiecare paralel în parte, completându-se astfel reţeaua cartografică a hărţii. Exemplul 3. Să se construiască reţeaua cartografică în proiecţie Mercator a zonei din Oceanul Atlantic cuprinsă între paralele ϕ1 = 00 ; ϕ2 = 300 N şi meridianele 200W şi 600W. Proiecţia se face pe un cilindru tangent la elipsoidul terestru după linia ecuatorului. Scara la ecuator = 1/5 000 000. Să se traseze meridianele şi paralelele din 5 în 50. Rezolvare: a. Calculul modulului hărţii (m)

161

mmSe

m 3710.00000005

10003918551391855 =×⋅

=×⋅=

b. Calculul lungimii cadrului hărţii (Lλ) '4002'6040...402060 0000 =×=∆=−=∆ λλ WW mmmL 4.890'40023710.0 =×=∆⋅= λλ c. Calculul lăţimii hărţii (Lϕ) ...9.1876...30 2

02 == cN ϕϕ Tabla 26-MT 53

0.0...0 10

1 == cϕϕ 9.1876=∆ cϕ mile ecuatoriale mmcmL 3.6969.18763710.0 =×=∆⋅= ϕϕ

Se trasează cadrul hărţii cu dimensiunile determinate (Lλ şi Lϕ). d. Calculul lungimii grafice a intervalului dintre două meridiane alăturate (∆Lλ) Reţeaua cartografică trebuie să conţină meridianele zonei de reprezentat din 5 în 50 ; deci, împărţind 400 (∆λ) la 50 se obţine numărul intervalelor (8).

Fig. 57

162

mmmmervalenumar

L 3.11184890

int=

⋅=

∆=∆

λλ

Se trasează meridianele din 5 în 50 (550 W, 500 W … 250 W), separate de segmente egale cu 111,3 mm. e. Calculul distanţelor grafice dintre ecuator (cu paralel inferior) şi celelalte paralele ale zonei, din 5 în 50 (Lϕ5 , Lϕ10 , … Lϕ25) mmLcN 7.1104.2983710.0...4.298...50 5

0 =×==∆− ϕϕ mmLcN 3.2221.5993710.0...1.599...100 10

0 =×==∆− ϕϕ

…. mmLcN 5.5713.15403710.0...3.154...250 25

0 =×==∆− ϕϕ Se completează reţeaua cartografică a hărţii cu paralelele de latitudine din 5 în 50, trasate faţă de ecuator ca paralel inferior al hărţii (zona reprezentată fiind în emisfera nordică), la distanţele grafice obţinute (Lϕ5 , Lϕ10 , … Lϕ25). Exemplul 4. Să se calculeze reţeaua cartografică în proiecţie Mercator a zonei mărginite de paralelele ϕ1 = 550 N; ϕ2 = 650 N şi meridianele λ1 = 600 W; λ2 = 700 W. Cilindrul de proiecţie secant elipsoidului terestru după paralelul

de referinţă cu latitudinea medie a zonei de reprezentat Nm021 60

2=

+=

ϕϕϕ ; scara

proiecţiei la paralelul ϕm = 600 N este 1/2 000 000. Să se traseze meridianele şi paralelele din grad în grad. Rezolvare (fig. 58): a. Calculul modulului hărţii (m) Extrasul din Tavole Nautiche (Tabla III) arată că lungimea în metri a arcului de paralel de 10’, la latitudinea de 600, este 9300.4653 m; deci, lungimea, în milimetri, a arcului de l’ a aceluiaşi paralel este de 930046.53 mm. Deci modulul (m) este:

mmS

pm 46502.02000000

539300461=

⋅=⋅=

ϕ

163

b. Calculul lungimii cadrului hărţii (Lλ) '600'6010...106070 0000 =×=∆=−=∆ λλ WW mmmL 0.279'60046502.0 =×=∆⋅= λλ c. Calculul lăţimii cadrului hărţii (Lϕ) ...9.5157...65 2

02 == cN ϕϕ Tabla 26-MT 53

1.3949...55 10

1 == cN ϕϕ 8.1208=∆ cϕ mile ecuatoriale mmcmL 1.5628.120846502.0 =×=∆⋅= ϕϕ

Se trasează cadrul hărţii cu dimensiunile determinate (Lλ şi Lϕ). d. Calculul lungimii grafice a intervalului dintre două meridiane alăturate (∆Lλ) Reţeaua cartografică trebuie să conţină meridianele din grad în grad; numărul intervalelor este de 10, ∆λ fiind 100.

mmmmervalenumar

LL 9.27100.279

int===∆

λλ

Fig. 58

164

Se trasează meridianele, din grad în grad (690 W, … 610 W), separate de segmente egale cu 27,9 mm. e. Calculul distanţelor grafice dintre paralelul inferior (ϕ1 =550N şi celelalte paralele ale zonei, din grad în grad (Lϕ56 , Lϕ57 , … Lϕ64)

mmLcccNN 2.497.10546502.0...7.105...5655 56555600 =×==−=∆− ϕϕϕϕ

mmLcccNN 6.992.21446502.0...2.214...5755 57555700 =×==−=∆− ϕϕϕϕ

… mmLcccNN 4.4976.106946502.0...6.1069...6455 645564

00 =×==−=∆− ϕϕϕϕ

Se completează reţeaua cartografică a hărţii cu paralelele de latitudine din grad în grad (560 N, 570 N … 640 N), trasate faţă de paralelul inferior al hărţii de 550 N (zona fiind în emisfera nordică), la distanţele grafice determinate ( )000 645756

,, ϕϕϕ LLL .

Considerând Pământul de formă sferică (exemplul 4), problema s-ar rezolva astfel: - modulul hărţii (m):

mmS

m 4630.02000000

100060cos185211000cos18520 ⋅⋅

=⋅⋅=ϕ

ϕ , unde cos 600 = 0.50000

- lungimea cadrului hărţii (Lλ):

mmmL 8.2776004630.0. =×=∆⋅= λλ - lăţimea cadrului hărţii (Lϕ): mmcmL 7.5598.12084630.0. =×=∆⋅= ϕϕ - distanţele grafice dintre paralelul inferior (ϕ1 = 550 N) şi celelalte paralele ale zonei, din grad în grad ( )000 645756

,, ϕϕϕ LLL .

mmL 9.487.1054630.0056=×=ϕ

165

mmL 2.992.2144630.0057=×=ϕ

mmL 2.4956.10694630.0064=×=ϕ

V.3.5. Construcţia reţelei cartografice pentru o zonă limitată Când zona care se reprezintă este limitată, astfel ca să se poată admite variaţia minutului de meridian în proiecţie ca neglijabilă, reţeaua cartografică se construieşte în modul indicat în exemplul de mai jos. Exemplul 5. Să se construiască scara longitudinilor şi latitudinilor, precum şi reţeaua cartografică în proiecţie Mercator, a zonei mărginite de paralelele ϕ1 = 32020’N; ϕ2 = 34040’N meridianele λ1 = 29000’E; λ2 = 30020’E. Scara grafică a longitudinilor este … 1’ = 1 mm. Să se traseze meridianele şi paralelele din 10’ în 10’. Rezolvare (fig. 58): - se trasează direcţiile AB şi AD, reciproc perpendiculare şi direcţia AC, la un unghi faţă de AB egal cu latitudinea medie a zonei de reprezentat:

Nm 021 332

=+

=ϕϕϕ

Fig. 59

166

- se construieşte scara grafică a longitudinilor, pe direcţia AB, intervalul dintre două meridiane alăturate fiind de 1 mm x 10’ = 10 mm. Din fiecare gradaţie obţinută se ridică meridianele din 10’ în 10’, ca perpendiculare pe direcţia AB; - la intersecţia direcţiei AC cu meridianele ridicate ca perpendiculare pe direcţia AB, se obţine scara grafică a latitudinilor. Segmentul AF pe scara latitudinilor şi cel corespunzător pe scara longitudinilor AE se află în relaţia:

mAEAF ϕsec⋅=

deci unităţile grafice de pe scara latitudinilor cresc cu sec ϕm faţă de cele de pe scara longitudinilor. Scara latitudinilor astfel obţinută se poate raporta pe meridianul AD şi proceda apoi la trasarea reţelei cartografice. Procedeul este aplicabil numai pentru zone limitate, în condiţii în care variaţia scării latitudinilor să poată fi considerată practic neglijabilă. Aproximaţia este consecinţa faptului că în această construcţie minutele de meridian cresc proporţional cu sec ϕm şi nu proporţional cu secϕ, ca în proiecţia Mercator. Procedeul este cunoscut în navigaţie sub denumirea de "construcţia grafică a scării latitudinii şi longitudinii", referindu-se la executarea acestei construcţii pentru o zonă limitată. Îşi găseşte o largă aplicare în navigaţia astronomică, la rezolvarea grafică a problemelor de determinare a poziţiei navei prin metoda dreptelor de înălţime.

V.4. Clasificarea hărţilor marine Navigaţia pe oceane şi mări nu se poate face fără hărţi întocmite într-o anumită proiecţie şi având reprezentate majoritatea elementelor necesare navigatorilor. Precizia de întocmire a unor astfel de hărţi, numeroasele date reprezentate pe ele, posibilitatea scoaterii sau punerii coordonatelor geografice, a unghiurilor şi distanţelor fac din hărţile întocmite în proiecţia Mercator (cele mai des folosite în navigaţia maritimă) un adevărat "instrument nautic" cu ajutorul căruia se pot rezolva numeroase probleme. Hărţile folosite în navigaţie pe oceane şi mări se împart în funcţie de destinaţia lor în două grupe principale:

167

A. Hărţi marine de navigaţie B. Hărţi marine auxiliare.

V.4.1. Hărţile marine de navigaţie Această grupă, care este cea mai numeroasă, cuprinde hărţile folosite nemijlocit în navigaţie. În funcţie de scările în care sunt întocmite, aceste hărţi se împart în următoarele subgrupe: 1. Hărţi generale de navigaţie. Pe astfel de hărţi, întocmite la scara 1:500 000 - 1:5 000 000, sunt reprezentate bazinele oceanice sau regiuni cu mai multe mări. Sunt folosite pentru studiul condiţiilor de navigaţie, pregătirea traversadei şi pentru trasarea drumului când navigaţia se execută la larg, adică la distanţe mari de coastă. 2. Hărţi de drum. Această subgrupă cu hărţi marine de navigaţie, întocmite la scara 1:100 000 - 1:500 000, este folosită în timpul navigaţiei la distanţe apreciabile de coastă, uneori cu pierderea completă din vedere a acesteia. Pe astfel de hărţi sunt reprezentate toate detaliile necesare siguranţei, ca : adâncimi exacte, bancuri, stânci, epave, mijloace pentru asigurarea navigaţiei. Pe ele se trasează drumul navei verificat prin observaţii de toate genurile. 3. Hărţi costiere. Aceste hărţi sunt folosite pentru executarea navigaţiei în imediata apropiere a coastelor, printre insule, în fiorduri şi pentru trecerea prin strâmtori.Pe aceste hărţi sunt reprezentate majoritatea mijloacelor pentru asigurarea navigaţiei, inclusiv aliniamentele şi sectoarele de vizibilitate ale farurilor. Se întocmesc la scara 1:25 000 ; 1:50 000 şi 1:75 000. 4. Planuri maritime. Aceste hărţi întocmite la scară mare (1:500; 1:25000) sunt folosite la conducerea navelor în porturi şi pentru deplasarea în acvatoriile radelor, băilor şi golfurilor, unde în general condiţiile de navigaţie sunt dificile. Pe aceste hărţi sunt reprezentate cu precizie locurile de ancoraj. Planurile maritime redau cele mai mici detalii ale terenului şi nu au trasate pe ele paralelele şi meridianelel, ci numai coordonatele geografice ale anumitor puncte. Aceste planuri au întotdeauna o scară grafică pentru măsurarea distanţelor, iar unele planuri moderne au o scară a distanţelor sau latitudinilor în care mila marină este împărţită în cabluri, o altă scară a longitudinilor, în care un

168

minut de longitudine este împărţit în zeci de secunde şi secunde, o scară a distanţelor în picioare şi uneori o scară a distanţelor în metri. Hărţile marine de navigaţie româneşti se tipăresc pe coli de hârtie specială cu următoarele dimensiuni: 75 x 100 cm, 50 x 75 cm şi 38 x 50 cm. În aceste dimensiuni sunt cuprinse marginile albe ale hărţii şi cadrul ei, în interiorul căruia este reprezentat raionul. Distanţa dintre cadrul hărţii şi marginile acesteia trebuie să fie de cel puţin 2 cm. Dimensiunile cadrului gradat al hărţilor marine de navigaţie nu trebuie să depăşească trei categorii de dimensiuni şi anume: 68 x 93 cm, 31 x 43 cm şi 43 x 68 cm. În cazul când raionul reprezentat iese din limitele hărţii, se întocmeşte o clapă separată, care este de fapt un adaos la harta respectivă. Scara hărţilor marine specificate în titlul lor şi în catalogul de hărţi se dă pentru paralela standard, care se menţionează o dată cu scara. Notă importantă. Pentru nevoile navigaţiei trebuie să se folosească hărţile la scara cea mai mare, ţinând seama de faptul că ele conţin cele mai multe detalii necesare trasării drumului şi determinării punctului navei. Dacă în anumite situaţii navigatorii trebuie să folosească o hartă la scară mică (de exemplu pentru manevrare într-un raion cuprins în întregime de o hartă), aceştia sunt totuşi obligaţi să ia cunoştinţă de toate informaţiile conţinute de hărţile la scara cea mai mare ale raionului respectiv. Acest lucru este demare importanţă când nava se deplasează în apropierea coastei sau în locuri periculoase. V.4.1.1. Conţinutul hărţilor marine de navigaţie Pe hărţile marine de navigaţie sunt reprezentate detaliat (în funcţie de scară) următoarele elemente, folosindu-se anumite semne convenţionale (prevăzute în "Atlasul cu semne şi prescurtări convenţionale pentru hărţile marine"): 1. Linia coastei, care desparte uscatul de apă, este reprezentată printr-o singură linie - în regiunile unde mareea are amplitudine mică (sub 50 cm), în care caz corespunde nivelului mediu al mării, şi prin două linii - în mările cu maree cu amplitudine mare (peste 50 cm).

169

În ultimul caz, linia mai apropiată de uscat corespunde limitei la care ajung apele în timpul mareei înalte de la sizigii (linia interioară a zonei de maree); linia mai depărtată de uscat corespunde limitei până unde se retrag apele în timpul mareei joase de la sizigii. Fâşia cuprinsă între ambele linii se numeşte "zonă de maree"; aceasta se reprezintă prin semne convenţionale corespunzătoare naturii solului (nisip, pietriş, mâl etc.). Dacă datele folosite pentru trasarea pe hărţi a liniei coastei sunt nesigure, atunci se trasează o linie întreruptă. Porţiunile de coastă şi îndeosebi capurile care pot fi folosite de navigatori ca repere de navigaţie, mai ales când ele ajută la identificarea sectorului de coastă, la marcarea pericolelor de navigaţie sau la determinarea punctului navei, sunt trasate cu cea mai mare precizie. Pe planurile maritime, zona învecinată cu linia coastei este reprezentată cu cea mai mare exactitate şi cu toate particularităţile (plajele, falezele, stâncile, capurile, construcţiile hidrotehnice cu conturul lor real etc.) în aşa fel, încât să permită recunoaşterea, apropierea de coastă şi eventual debarcarea. Pe planurile porturilor, radelor şi băilor unde sunt cheiuri, dane, diguri sau debarcadere, acestea sunt redate la scara respectivă, fiind numerotate sau având trecută denumirea. 2. Insulele sunt reprezentate prin conturul lor real, dacă la scara hărţii respective au o suprafaţă de 0,5 mm2 şi mai mare. Insulele cu o suprafaţă mai mică sunt reprezentate prin puncte, având lângă ele denumirea, iar cele care se găsesc la distanţă de coastă sunt încercuite printr-o linie punctată. Stâncile izolate şi recifele, care la scara hărţii au o suprafaţă minimă de 1 mm2, sunt reprezentate prin prescurtarea convenţională "stn". 3. Relieful fundului mării (relieful submarin). Este unul dintre cele mai importante elemente ale hărţilor marine de navigaţie, iar reprezentarea corectă a acestuia este o condiţie esenţială pentru siguranţa navigaţiei. Reprezentarea reliefului submarin este concretizată prin înscrierea adâncimilor (sondelor) şi prin trasarea izobatelor după anumite reguli. Adâncimile înscrise pe hărţile marine sunt raportate la un nivel de referinţă numit “nivel zeră pentru adâncimi” sau nivelul de referinţă al

170

adâncimilor. Acesta este un plan cu o poziţie aproape constantă faţă de care sunt raportate adâncimile şi care pot fi:

a. nivelul mediu al mării determinat de mai mulţi ani - pentru mările în care amplitudinea mareei este mai mică de 50 cm;

b. nivelul mării în timpul celei mai coborâte maree joase (nivelul zero teoretic) - pentru mările în care amplitudinea mareei este mai mare de 50 cm.

Pe hărţile marine engleze şi italiene, adâncimile sunt raportate la nivelul mării corespunzător mareei joase de la sizigii, iar pe cele franceze - la nivelul mării corespunzător celei mai joase maree de la sizigii. Pe hărţile marine româneşti, adâncimile sunt date în metri cu următoarea precizie:

a. 0,1 m pentru adâncimile de la 0-5 m; b. 0,2 m pentru adâncimile de la 5-20 m; c. 0,5 m pentru adâncimile de la 20-50 m ; d. 1 m pentru adâncimile mai mari de 50 m.

În general adâncimile trecute pe hărţile marine de navigaţie redau formele principale ale fundului şi scot în evidenţă zonele cu fund mic şi pericolele de navigaţie, permiţând astfel executarea unei navigaţii în siguranţă. Adâncimile care se deosebesc net de cele din jurul lor (fiind mai mari sau mai mici) se numesc "adâncimi distincte". Pe hărţi aceste adâncimi apar în special în zonele puţin cercetate din punct de vedere hidrografic. Pentru recunoaşterea lor pe hărţile marine, adâncimile distincte sunt înconjurate cu cerculeţe punctate. Izobatele principale (curbe care unesc punctele cu aceeaşi adâncime) se trasează pe hărţile de navigaţie pentru adâncimile de 2 m, 5 m, 10 m, 50 m, 100 m, 200 m prin semne convenţionale speciale. Izobatele suplimentare (limite care unesc alte adâncimi decât cele enumerate mai sus) se trasează ori de câte ori este necesar să se scoată în evidenţă un pericol de navigaţie care nu este evidenţiat de una din izobatele principale sau când trebuie să se indice trecerea bruscă de la adâncimi mici la unele mai mari, trecere care nu este scoasă în evidenţă de nici una din izobatele principale. În ultimul caz, izobata suplimentară va permite navigatorilor să se apropie de coastă pe vreme cu ceaţă, folosind sonda de mână.

171

4. Pericolele de navigaţie. Pe hărţile marine de navigaţie se reprezintă prin semne convenţionale şi prescurtări următoarele pericole de navigaţie: bancurile de orice natură, fundurile mici, recifele, stâncile, pietrele, epavele şi obstacolele submarine de toate genurile. Pericolele de navigaţie ale căror coordonate sunt aproximative sunt specificate prin literele "PN" (poziţie nesigură) şi "EN" (existenţă nesigură), scrise alături de semnul convenţional al pericolului. 5. Natura fundului este reprezentată paralel cu înscrierea adâncimilor şi trasarea izobatelor cu ajutorul prescurtărilor regulamentare, folosindu-se două procedee de reprezentare: simplu şi complex. Reprezentarea simplă este un procedeu mai puţin detaliat prin care se indică numai natura depunerilor din stratul superior. Reprezentarea complexă este mai detaliată şi redă atât natura solului, cât şi culoarea depunerii. Când fundul este format din mai multe straturi, atunci prima prescurtare indică stratul superior, iar celelalte - straturile inferioare, în ordinea inversă a depunerii. În zonele cu fund în care nu se recomandă să se ancoreze se înscrie prescurtarea convenţională „fund nf.” sau „fund per.”. 6. Mijloace pentru asigurarea navei. Aceste mijloace se reprezintă pe hărţile de navigaţie în scopul marcării pericolelor de navigaţie şi pentru a servi ca repere cu ajutorul cărora navele să-şi poată determina poziţia. Numărul mijloacelor pentru asigurarea navigaţiei care se reprezintă pe o hartă într-un raion depinde de dificultatea navigaţiei în acel raion, iar semnele şi prescurtările lor convenţionale trebuie să asigure o citire clarăşi rapidă a hărţii. Aceste mijloace pentru asigurarea navigaţiei sunt:

a. costiere (faruri, lumini, semnale, aliniamente, radiofaruri, staţii radiogoniometrice);

b. plutitoare (nave-far), geamanduri şi şcondri). Majoritatea dintre aceste mijloace sunt dotate şi cu instalaţii pentru emiterea semnalelor de ceaţă.

Mijloacele pentru asigurarea navigaţiei sunt reprezentate pe hărţile marine prin trei feluri de inscripţii: a. Denumirea, de obicei denumirea portului lângă care se află, capul pe care este instalat sau pericolul de navigaţie pe care-l marchează; denumirea se scrie în întregime, folosindu-se litere de diferite mărimi şi caractere, după importanţa mijlocului respectiv;

172

b. Semnul convenţional, care indică felul mijlocului; fiecare mijloc pentru asigurarea navigaţiei îşi are semnul său convenţional a cărui mărime corespunde cu scara hărţii. În scopul unificării, aceste semne sunt stabilite şi se pot găsi în „Atlasul cu semne convenţionale pentru hărţile marine”. c. Prescurtarea convenţională, care defineşte prin câteva litere şi cifre elementele unui anumit mijloc pentru asigurarea navigaţiei (numărul luminilor, culoarea şi caracteristica luminii, distanţa de vizibilitate sau bătaia, existenţa instalaţiei pentru producerea semnalelor de ceaţă, existenţa reflectoarelor de navigaţie); prescurtarea convenţională este scrisă sub semnul convenţional sau alături de acesta. Pe hărţile costiere se mai reprezintă şi culoarea luminii, sectotul (sectoarele) de vizibilitate prin linii convergente (subţiri sau punctate) a căror deschidere este egală cu unghiul în care este vizibilă lumina. Direcţia aliniamentelor de navigaţie este indicată prin două numere, separate de o liniuţă, care reprezintă orientarea în grade: primul număr reprezintă direcţia normală a aliniamentului (dinspre uscat spre mare), iar al doilea număr - direcţia inversă a aliniamentului (dinspre mare spre uscat). Lungimea liniilor ce reprezintă sectorul de vizibilitate a luminii depinde de scopul pentru care a fost instalat mijlocul luminos respectiv: dacă lumina avertizează navigatorii de existenţa unui pericol, atunci liniile care reprezintă limitele sectorului se vor prelungi în aşa fel, ca pericolul să intre în sectorul respectiv fără ca lungimea lor să depăşească vizibilitatea luminii. Dacă mijloacele luminoase se aprind automat, adică nu au personal de deservire, atunci la sfârşitul prescurtării se înscrie între paranteze litera („U”) - limita cuvântului „Unwachted” (nedeservit). Dacă un mijloc luminos are mai multe lumini de culori şi distanţe de vizibilitate diferite, atunci după perioada luminii se trec pe rând culoarea şi distanţa în mile ale tuturor luminilor. În cazul când prin avizele pentru navigatori se anunţă că un far, lumină sau semnal luminos a fost desfiinţat, atunci se şterg toate inscripţiile laterale şi numerice, iar sub semnul convenţional se scrie cuvântul „desfiinţat”. Unele faruri au lumini de rezervă sau auxiliare. De obicei lumina de rezervă este instalată pe aceeaşi construcţie a farului sau la o anumită distanţă de acesta şi funcţionează numai în cazul când s-a avariat lumina farului: această lumină are aceleaşi caracteristici ca şi ale farului.

173

Lumina auxiliară este instalată totdeauna pe construcţia farului respectiv şi funcţionează o dată cu lumina acestuia. Dacă semnalele sau luminile ce formează un aliniament se găsesc la o distanţă mică şi nu pot fi reprezentate pe hartă la scara respectivă, atunci se reprezintă un singur semnal sau lumină, trecându-se la începutul inscripţiei cifra „2”. Aliniamentele folosite pentru determinarea deviaţiilor se trasează pe hărţi prin linii punctate. Luminile de rezervă sunt reprezentate pe hărţi prin cuvântul „Rezervă”, iar cele auxiliare - prin prescurtarea „Aux”, după care urmează prescurtările pentru celelalte elemente; întreaga inscripţie se găseşte sub prescurtarea care indică lumina farului principal. Dacă farul este dotat cu două mijloace de semnalizare de ceaţă (principal şi de rezervă), atunci în cadrul inscripţiei respective se trece mai întâi prescurtarea convenţională a mijlocului principal şi apoi a celui de rezervă. Semnalele de navigaţie sunt reprezentate pe hărţi prin semne convenţionale corespunzătoare, însoţite de prescurtarea „Snl.” şi de înălţimea lui sub formă de fracţie (la numărător se trece înălţimea faţă de nivelul mării, iar la numitor - înălţimea construcţiei faţă de bază). Dacă denumirea semnalului de navigaţie este deosebită de aceea a capului pe care este instalat sau dacă pe coastă se găsesc mai multe semnale ce trebuie deosebite între ele, atunci după prescurtarea „Snl.” Se înscrie denumirea semnalului şi apoi înălţimea lui sub formă de fracţie. Reprezentarea pe hărţi a navelor-far este aceeaşi ca şi a farurilor de pe coastă. Geamandurile luminoase se reprezintă prin semne convenţionale corespunzătoare şi prin prescurtări care redau caracteristica luminii, culoarea geamnadurii şi instalaţia de producere a semnalelor de ceaţă. Semnul convenţional al unei geamanduri de epavă, instalată chiar în punctul cu coordonatele epavei, este tipărit deasupra semnului convenţional al epavei respective. 7. Reperele de navigaţie. Acestea sunt obiecte naturale sauartificiale care se văd din mare (vârfuri de munţi şi dealuri, clădiri izolate, biserici, turnuri, observatoare, coşuri de fabrică, silozuri, monumente, puncte trigonometrice, catarge ale staţiilor radio etc.). Ele sunt reprezentate pe hărţi prin semne convenţionale trecute cu cea mai mare precizie, dată fiind importanţa lor în ceea

174

ce priveşte determinarea poziţiei navei. În plus reperele cele mai importante pentru navigaţie sunt evidenţiate pe hărţi şi prin denumire. 8. Declinaţia magnetică şi anomaliile magnetice. Pe hărţile marine de navigaţie sunt înscrise date deasupra declinaţiei magnetice şi variaţiei anuale ale acesteia, folosindu-se prescurtarea „Decl.”, valoarea ei în grade şi sensul (E sau V), iar dedesupt a doua prescurtare care indică variaţia anuală „creşte (descreşte anual ...)”. Dacă declinaţia magnetică şi variaţia ei anuală nu-şi schimbă valorilepe întreaga suprafaţă a hărţii, atunci valoarea ei se înscrie numai în titlul hărţii, specificându-se anul când a fost determinată (decl. 30E 1955; descreşte anual 3’). Dacă declinaţia este diferită pe suprafaţa hărţii, atunci valoarea şi variaţia ei anuală se trec în diferite puncte ale hărţii, în interiorul rozelor de compas. Anomaliile magnetice sau punctele izolate cu astfel de anomalii sunt reprezentate prin semnul convenţional stabilit) o linie groasă care limitează raionul respectiv), iar în mijlocul suprafeţei este trecută valoarea declinaţiei. De reţinut că linia convenţională care indică limita anomaliei magnetice se trasează în spaţiul maritim, cu excepţia unor cazuri speciale. Dacă anomalia magnetică cuprinde întreaga suprafaţă a hărţii, ea nu se mai reprezintă pe hartă, ci se menţionează numai în titlu. 9. Elementele mareei şi curenţilor. Elementele mareei sunt reprezentate pe hărţile marine de navigaţie prin tabele, iar datele asupra curenţilor – prin tabele şi prin semne convenţionale (săgeţi) înscrise în punctele unde s-a făcut determinarea lor; lângă semnul convenţional este înscrisă viteza curentului în noduri. 10. Locurile de ancoraj. Se reprezintă pe hărţile marine de navigaţie printr-o ancoră, iar dacă locul respectiv este destinat ancorării navelor mari - printr-o ancoră cu traversă, care indică o adâncime minimă de 10 m şi un spaţiu de manevră cu raza de 150 m. Alte date deosebit de importante pentru navigaţie care nu pot fi reprezentate pe hărţi prin semne convenţionale sau prescurtări se trec sub formă de avertismente sau note., la fel ca şi caracterul diferitelor raioane interzise sau cu navigaţie limitată. Navigatorii care studiază o hartă marină de navigaţie trebuie să aibă cunoştinţe complete în vederea interpretării corecte a elementelor reprezentate

175

pe ea, ţinându-se seama că majoritatea inscripţiilor sunt redate prin semne şi prescurtări convenţionale. Documentul care stă la baza citirii acestor hărţi este „Atlasul cu semne convenţionale şi prescurtări pentru hărţile marine”. În acest document sunt prezentate semnele convenţionale şi dimensiunile acestora, literele şi cifrele care formează prescurtările convenţionale pentru diferite scări. Înainte de folosirea oricărei hărţi marine de navigaţie, personalul de navigaţie trebuie să citească cu atenţie titlul hărţii, observaţiile şi avertismentele de pe ea., să ia cunoştinţă cu anul editării, de datele când s-au executat diferite corecţii şi să se familiarizeze cu caracteurl sondajelor, relieful fundului, linia coastei şi cu sistemul de marcare a pericolelor de navigaţie. Titlul hărţii este trecut într-un spaţiu alb din interiorul cadrului în unul din colţurile hărţii. Sub titlul hărţii sunt trecute următoarele elemente:

- denumirea hărţii - în care se arată raionul de navigaţie reprezentat pe harta respectivă; de obicei acest raion este militat de două elemente geografice distincte de pe cioastă;

- scara hărţii - indicându-se paralela standard la care este raportată această scară;

- menţiunea în ce sistem de măsură sunt indicate adâncimile şi nivelul la care sunt raportate;

- anul în care a fost determinată declinaţia magnetică şi valoarea variaţiei anuale;

- unitatea de măsură în care sunt redate înălţimile; în cazul când relieful uscatului este reprezentat prin curbe orizontale, se va arăta intervalul dintre ele.

Numărul hărţii este trecut în fiecare din cele patru colţuri, în exteriorul chenarului gradat. Diferite observaţii, avertismente, desenele farurilor şi schiţele de coastă sunt trecute în diferite locuri libere ale uscatului în aşa fel, încât să nu se acopere conturul coastei şi partea maritimă a hărţii. Rama hărţii este formată din paralelele şi meridianele limită; ansamblul de paralele şi meridiane din interiorul cadrului formează „canevasul hărţii”. Contarea longitudinilor se face de la meridianul origine (meridianul Grenwich).

176

Când se folosesc hărţi marine de navigaţie, trebuie să se verifice dacă nu există o neconcordanţă între coordonatele aceloraşi puncte de pe hărţi ce reprezintă acelaşi raion, dar care au fost întocmite la date diferite. Cauzele eventualelor neconcordanţe se datoresc diferenţelor numerice dintre coordonatele punctelor de sprijin folosite la ridicările hidrografice executate în scopul întocmirii hărţii. Eventualele diferenţe se vor lua în considerare la trecerea de la o hartă la alta, fiind necesar să se verifice poziţia navei pe noua hartă printr-un relevment şi distanţă luate la acelaşi reper (far, turn, cap etc.). V.4.1.2. Gradul de exactitate al hărţilor marine Valoarea unei hărţi, mai ales a uneia la scară mare, depinde de precizia şi caracterul amănunţit al materialului cartografic pe baza căruia s-a întocmit harta. De aceea înainte de folosirea hărţilor trebuie să se examineze anul când a fost întocmit materialul cartografic al raionului reprezentant. În acest scop fiecare hartă are trecută în colţul de jos din dreapta (sub cadru) o înscriere care arată instituţia, data şi materialul documentar folosit pentru întocmirea ei. În acelaşi loc se specifică dacă a fost completată cu noi date. Această relaţie este necesară în primul rând pentru că vechimea lucrărilor arată că ele s-au executat cu instrumente şi metode mai puţin precise. În al doilea rând s-ar putea ca în decursul timpurilor harta să nu mai fie conformă fie din cauze naturale (mişcări tectonice ale scoarţei, depuneri de aluviuni aduse de fluvii, eroziunea coastelor, formarea plajelor, întinsurilor şi bancurilor etc.), fie în urma schimbărilor artificiale (despăduriri, construcţii noi etc.). În afară de data întocmirii hărţii, un rol deosebit de important il are şi caracterul amănunţit al materialului cartografic folosit. De exemplu, hărţile întocmite prin metoda ridicărilor hidrografice redau mai puţin amănunţit caracterul coastei, iar sondajele sunt rare (de obicei 1-2 linii care însoţesc coasta). Caracterul amănunţit de reprezentare a diferitelor elemente depinde de destinaţia şi scara hărţii respective; el scade pe măsura micşorării scării. De aici rezultă că hărţile marine de navigaţie au caractere diferite de generalizare.

177

Pentru a se evita încărcarea acestor hărţi cu date de prisos s-a stabilit un anumit sistem de reprezentare pe hărţi a mijloacelor pentru asigurarea navigaţiei. Astfel, pe planuri maritime şi pe hărţile costiere, mijloacele de uscat şi plutitoare pentru asigurarea navigaţiei (faruri, lumini, semnale luminoase, geamanduri, şcondri) se reprezintă în totalitatea lor; pe hărţile de drum, aceste mijloace se trec în totalitate, dar numai cele din exteriorul radelor şi bazinelor portuare. În interiorul acvatoriilor se trec numai mijloacele principale pentru asigurarea navigaţiei. Pe hărţile generale se trec numai farurile şi luminile principale, care au un rol important pentru deplasarea navelor între porturi şi pe drumurile de acces spre rade şi porturi. Dintre navele-far se trec numai cele care se găsesc în largul mării şi cele de „aterizare”, adică cele care sunt instalate la intrarea în rade sau porturi. Pe aceste hărţi se trec numai geamandurile luminoase şi mijloacele plutitoare de zi, instalate în partea dinspre larg a pericolelor de navigaţie şi pe pasa de acces într-o radă sau port. În cazul când drumul de acces în port este amenajat cu aliniamente, se va reprezenta numai primul aliniament, cel exterior. Desimea sondajelor. Adâncimile dintr-o zonă a mării se măsoară pe anumite direcţii care se numesc „linii de sondaj”. Cu cât aceste linii de sondaj sunt mai apropiate între ele (paralele) şi perpendiculare pe conturul coastei şi cu cât staţiile de sondaj se găsesc la distanţe mai mici, cu atât desimea sondajului este mai mare, adică sondajele sunt amănunţite. Ad\ncimile m[surate, ale căror puncte se determină cu precizie în timpul sondajului, se trec pe planşeta de sondaj, după care se trasează izobatele numai pe baza valorilor adâncimilor măsurate datorită lipsei altor informaţii referitoare la aspectul adevărat al reliefului submarin. În acelaşi timp se indică pe planşetă şi natura fundului. Un material cartografic este amănunţit atunci când liniile de sondaj sunt dispuse la un interval de 50-60 m, iar distanţa între punctele în care se măsoară adâncimea nu trece de 25-35 m. Un material cartografic simplificat conţine sondaje mai rare, cu distanţa între liniile de sondaj până la 2000 m şi chiar mai mult, din care cauză aceste linii nu sunt întotdeauna paralele şi uneori intersectează raionul de sondaj în diferite direcţii. Înainte de toate, navigatorii trebuie să studieze pe hartă caracterul sondajelor, care determină într-o mare măsură „valoarea hărţii”. În cazul când

178

sondajele sunt amănunţite, adâncimile înscrise pe hartă sunt dese şi uniforme; pe astfel de hărţi iese în evidenţă direcţia liniilor de sondaj şi nu se constată „pete albe”. Un sondaj amănunţit permite o trasare neîntreruptă a izobatelor. Totuşi trebuie să se aibă în vedere că pe unele hărţi se pot întâlni raioane în care adâncimile nu mai sunt dispuse uniform, deşi sondajele au un caracter amănunţit. În unele zone ale suprafeţei de apă reprezentate pe o hartă se observă numai 2-3 linii de sondaj, care arată că în acele zone s-a executat un sondaj rar. Suprafeţele de apă puţin frecventate sau reprezentate pe hărţi pe baza unor date hidrografice vechi sunt caracterizate de cele mai multe ori prin existenţa unor sondaje rare; izobatele din aceste zone sunt deseori întrerupte. Sondajele de recunoaştere sunt caracterizate prin aceea că pe orice suprafaţă a hărţii se găsesc 1-2 linii de sondaj, iar dincolo de aceste linii nu s-au măsurat adâncimile; pe aceste hărţi nu există izobate sau ele sunt trasate pe distanţe mici. Ţinându-se seama de cele expuse mai sus, navigatorii trebuie să se ghideze după următoarea regulă, indiferent de condiţiile de navigaţie; în zonele cu pete albe nu s-au executat niciodată dondaje şi ca atare acolo se pot întâlni adâncimi mici. Aprecierea reliefului submarin. Pentru aprecierea completă a suprafeţei de apă, reprezintă pe o hartă, nu este îndeajuns să ne ghidăm numai după caracterul sondajelor, ci şi după caracterul reliefului submarin, care trebuie apreciat din punctul de vedere al siguranţei navigaţiei. Relieful fundului mării poate fi uniform sau accidental. Primul se caracterizează prin modificarea uniformă a adâncimilor şi prin lipsa bancurilor sau insulelor. Relieful accidentat se caracterizează prin modificări bruşte ale adâncimilor şi prin existenţa bancurilor şi insulelor. Relieful uniform este favorabil navigaţiei, în timp ce relieful accidentat este periculos, necesitând luarea unor măsuri de siguranţă, avându-se în vedere că zonele respective se pot întâlni adâncimi mici, stânci, şi pietre, care n-au fost descoperite cu ocazia sondajelor. Caracterul reliefului submarin are o importanţă deosebită pentru navele de suprafaţă numai în cazul adâncimilor mici. Trebuie să se considere că

179

izobata de 20 m constituie un avertisment pentru navele cu pescaj mare, iar cea de 10 m – pentru navele cu pescaj mic. În nici un caz navele de suprafaţă nu trebuie să treacă dincolo de izobatele de avertisment menţionate mai sus. Totuşi dacă în anumite situaţii navele sunt obligate să depăşească aceste izobate, trebuie să se ia anumite măsuri de siguranţă, şi anume: să se micşoreze viteza, să se măsoare cât mai des adâncimea şi să se navige numai pe pasele stabilite şi marcate. Natura fundului prezintă şi ea o importanţă pentru aprecierea reliefului submarin. Navigatorii trebuie să aibă în vedere că natura fundului reprezentată pe hărţi prin prescurtări convenţionale corespunde numai stratului superior al depunerilor şi că sub el pot să se găsească depuneri cu totul de altă natură. Mai înainte s-a arătat că fundurile accidentate sunt cele mai periculoase. Acum se adaugă încă un amănunt, şi anume faptul că în majoritatea cazurilor fundurile accidentate sunt stâncoase (cu excepţia zonelor unde se găsesc lespezi). Deseori pe hărţi se indică natura fundului ca fiind formată din mâl, nisip în stratul superior, deşi adâncimile se schimbă brusc. În astfel de cazuri se consideră că în raionul respectiv fundul este pietros. Dacă adâncimile se modifică în salturi, navigatorii trebuie să ţină seama că în raionul respectiv pot întâlni un mare număr de locuri cu adâncimi mici. Fundul format din nisip este supus unor permanente modificări. Din această cauză, în raioanele în care acţionează curenţi constanţi şi de derivă, mai ales la gurile râurilor şi în cazul când în zonă există şi curenţi de maree, adâncimile se schimbă continuu, astfel că ele pot fi diferite faţă de cele reprezentate pe hărţi. În cazul unui relief submarin accidentat, precum şi în locurile cu adâncimi mici, apropieate de pescajul navei, singura garanţie pentru siguranţa navigatorilor este dragajul hidrografic, cu draga rigidă. Dacă relieful fundului este mai puţin accidentat, iar adâncimile sunt mari este suficient să se execute dragajul hidrografic cu draga flexibilă. Pasele care au fost supuse unui dragaj hidrografic sunt reprezentate pe hărţi prin semne convenţionale oficiale. Dacă între hărţile marine de navigaţie şi cărţile-pilot pentru raionul respectiv există vreo neconcordanţă în privinţa datelor de navigaţie, trebuie să se ia de bază harta la scara cea mai mare, căreia i s-au adus ultimile corecţii.

180

V.4.1.3. Corectarea hărţilor marine de navigaţie Sunt cazuri când hărţile marine de navigaţie nu mai corespund cu realitatea după o anumită perioadă de editare; uneori ele nu sunt actuale nici chiar în momentul apariţiei. Astfel de nepotriviri de datoresc:

a. modificării sistemului de amenajare a navigaţiei cu mijloace costiere sau plutitoare;

b. descoperirii unor noi pericole de navigaţie; c. modificării caracterului sau limitelor unor raioane în care sunt

restricţii de navigaţie; d. modificării aspectului coastei ca urmare a construirii unor clădiri

vizibile din mare. Toate aceste schimbări trebuie reprezentate pe hărţi la scurt timp după producerea lor pentru a se crea condiţii sigure pentru navigaţie. Corectarea hărţilor marine de navigaţie este o activitate prin care se realizează ţinerea la zi a acestora cu toate schimbările survenite în situaţia navigaţiei, astfel ca ele să corespundă în permanenţă cu realitatea de pe teren. Această activitate constă în transpunerea grafică a modificărilor pe hărţi de către ofiţerul cu navigaţia - pentru hărţile date de uz navei, de către personalul corector al Direcţiei hidrografice - pentru exemplarele aflate în depozit şi de editură în cazul când harta se retipăreşte. Problema ţinerii la zi a hărţilor este deosebit de importantă pentru asigurarea navigaţiei, din care cauză personalul angrenat în această activitate trebuie să respecte următoarea regulă: la bordul navei nu trebuie să existe nici un exemplar al vreunei hărţi care să nu fi fost corectat pe baza ultimelor informaţii publicate în avizele pentru navigatori, iar din depozitul de hărţi este interzis să se trimită la navă creun exemplar necorectat la zi. Se interzice folosirea în navigaţie a unei hărţi care n-a fost corectată cu ultimele schimbări din teren, deoarece cu timpul orice hartă se învecheşte şi nu mai corespunde cu realitatea, mai ales în ceea ce priveşte descoperirea unor pericole noi de navigaţie, modificarea adâncimilor, instalarea unor noi mijloace pentru asigurarea navigaţiei, schimbarea caracteristicilor acestora sau desfiinţarea lor. Toate aceste schimbări trebuie transpuse pe hărţile de navigaţie imediat ce se primesc informaţiile respective.

181

În funcţie de importanţă şi numărul modificărilor care se aduc unei hărşi avem: a. Corecţii curente care se execută pe baza avizelor pentru navigatori, documentelor nautice oficiale şi pe baza rezultatelor obţinute din cercetările pe teren. Această operaţie se efectuează de un personal specializat (pentru hărţile aflate în depozit) şi de către ofiţerul cu navigaţia (pentru hărţile date în folosinţă). Corecţiile curente se fac pe hărţi-manual, folosindu-se atât normele de desen tehnic, cât şi semnele şi prescurtările convenţionale stabilite. Unele organe hidrografice publică în avizele pentru navigatori porţiuni tipărite dintr-o hartă în care s-au făcut corecţii mici (reproduceri corectate); aceste anexe se lipesc pe harta respectivă, orinetându-le cu ajutorul reţelei de meridiane şi paralele. Acest procedeu se foloseşte mai ales în cazurile când modificările sunt importante, iar în depozit există un număr mare de hărţi, a căror corectare manuală ar necesita un timp prea îndelung. b. Corecţii mici. Acestea reprezintă totalitatea modificărilor care se aduc unei hărţi marine de navigaţie de către organele de editare. Operaţia constă în modificarea hărţii, folosindu-se diferite procedee tehnice, după care exemplarele hărţii din stoc sunt reimprimate. Corecţii mici se fac în cazul când ele nu acoperă în totalitate 50% din suprafaţa hărţii, dar sunt suficient de numeroase pentru ca o corectare manuală să necesite o durată mai lungă de timp. Hărţile reimprimate în scopul efectuării corecţiilor mici nu se consideră ediţie nouă. c. Corecţii mari. Reprezintă ansamblul de schimbări care se aduc unei hărţi de navigaţie de către organele de editare, în cazul când acestea ocupă 50% din suprafaţa hărţii. Operaţia constă în refacerea clişeului şi retipărirea hărţii, fără să se considere că hărţile retipărite sunt o ediţie nouă. Sarcina de supraveghere ca hărţile de navigaţie să corespundă cu terenul revine organelor hidrografice, care organizează cercetări de comparare a hărţilor cu terenul şi adună materialele cu modificări pe care le comunică navigatorilor prin intermediul avizelor pentru navigatori şi avizelor radio; în caz de necesitate scot şi tiraje prin reimprimarea unor hărţi noi, după ce în prealabil s-au adus corecţii originalului. În avizele pentru navigatori româneşti există la început un tabel cu hărţile tipărite în care se specifică numărul avizului pe baza căruia trebuie să se execute corecţiile curente şi corecţiile mici de către personalul corector.

182

Hărţile cărora li s-au adus corecţii mari poartă specificaţia „Corecţii mari în anul ...”. Pentru evidenţa corecţiilor efectuate, Direcţia hidrografică are o serie de hărţi pe care se execută cu regularitate toate corecţiile; aceste hărţi formează „corecţia de hărţi-etalon”, după care se execută corectarea hărţilor din depozit. Fiecare hartă corectată va purta specificaţia respectivă în colţul din stânga jos, unde se va trece şi numărul avizului în baza căruia s-a făcut corecţia. La nave, operaţia de corectare se va face începând cu ultimul număr al avizului pentru navigatori, avându-se în vedere că adeseori numere mai vechi de avize sunt anulate de cle următoare. Înainte de ieşirea navei în mare, hărţile se vor corecta cu informaâiile existente până în ziua respectivă, în care scop operaţia respectivă se va executa fie după hărţile-etalon ale organului hidrografic, fie după datele cu schimbări existente la agenţiile de navigaţie. În timpul cât nava se află în marş, corectarea hărţilor se execută pe baza avizelor radio pentru navigatori. Corecţiile pe baza avizelor pentru navigatori temporare se fac cu creion negru pentru a putea fi şterse în cazul când datele respective se modifică sau se anulează. Pe planuri maritime şi pe hărţi la scară mare, corectarea se face complet; pe hărţile de drum şi generale, corecţiile amănunţite se prescurtează în funcţie de destinaţia lor. Corecţiile care se fac hărţile şi care n-au importanţă pentru navigaţie (trecerea la o nouă ortografie, modificarea transcrierii denumirilor geografice etc.) se numesc „corecţii tehnice”. Despre ele nu se face nici o menţiune pe hărţi. V.4.2. Hărţi marine auxiliare În această gupă intră toate hărţile care au un rol auxiliar în navigaţie, fiind folosite în majoritatea cazurilor pentru studiul condiţiilor de navigaţie din anumite raioane (hărţile hidrometeorologice), pentru reprezentarea modului de dispunere a mijloacelor radiotehnice de asigurare a navigaţiei şi pentru reprezentarea limitelor hărţilor marine de navigaţie şi ale documentelor nautice.

183

Direcţia hidrografică nu editează încă astfel de hărţi. Pentru studiile corespunzătoare se foloseşte materialul documentar editat de Direcţia hidrografică a Uniunii Sovietice şi de Departamentul hodrografic englez. Din categoria hărţilor marine cele mai importante sunt: - Hărţile hidrometeorologice. Acestea se întocmesc lunar de institutele oceanografice, pe baza datelor furnizate de posturile hidrometrice. Pe ele sunt reprezentate o serie de date necesare navigaţiei, referitoare la regimul curenţilor marini, variaţiilor nivelului mării, regimul gheţurilor, vânturilor, precipitaţiilor, furtunilor etc. Pentru exemplificare se va descrie harta hidrometeorologică pentru Marea Albă şi bazinul sudic al Mării Barents, editată de „Direcţia principală a Serviciului hidrometeorologic” pentru luna iunie. Harta este intitulată „Curenţii, variaţia nivelului mării, gheţurile, vânturile şi precipitaţiile”. În colţul din dreapta sus al hărţii se arată că „harta nu poate fi folosită pentru trasarea drumurilor de navigaţie”. Totalitatea elementelor reprezentate pe hărţi au fost determinate pe baza unor observaţii efectuate într-o perioadă îndelungată de ani. În nici un caz nu trebuie să se considere că datele respective caracterizează condiţiile reale hidrometeorologice din anul când a fost editată harta. Prin urmare astfel de hărţi trebuie folosite numai în scopul aprecierii condiţiilor hidrometeorologice de navigaţie normale sau tipice pentru raionul respectiv. În cazul când trebuie să se scoată în evidenţă anumite fenomene hidrometeorologice particulare ale anului şi lunii în curs se folosesc pe astfel de hărţi alte semne convenţionale, care se deosebesc de cele folosite pentru reprezentarea fenomenelor normale. O hartă hidrometeorologică nu trebuie folosită pentru stabilirea anumitor consideraţii referitoare la situaţia hidrometeorologică dintr-un anumit moment. În scopul respectiv se vor folosi hărţile zilnice cu mersul vremii şi cele cu situaţia hidrometeorologică, precum şi prevederile vremii, împreună cu datele hidrometeorologice din ziua sau din câteva zile anterioare. Dacă datele din hărţile hidrometeorologice nu sunt suficiente pentru efectuarea unui studiu amănunţit al vreunui fenomen, se vor folosi hărţile din atlasele de curenţi şi gheţuri, tablele de maree, cărţile-pilot şi atlasul cu date fizico-geografice.

184

Pe hărţile meteorologice sunt reprezentate următoarele fenomene cu ajutorul unor semne convenţionale caracteristice: a. Vânturile. Frecvenţa vânturilor din diferite direcţii şi de diferite forţe se indică prin roze, în procente faţă de numărul total al observaţiilor efectuate. Lungimile segmentelor care pornesc din centrul rozei sunt redate la scară, având ca unitate 1 mm = 1%; ele exprimă frecvenţa vânturilor într-o anumită direcţie şi de o anumită forţă. Forţa vântului este definită de razele-segment mai groase ale rozei. Numărul trecut în centrul rozei arată frecvenţa în procente a calmului. Cifra din exteriorul cercului rozei arată numărul de zile cu vânt de forţa 7 şi mai mult. Rozele vânturilor din largul mării sunt reprezentate prin culoarea roşie. Linia de ampenaj lungă indică forţa de două grade, iar cea scurtă, 1 grad. b. Adâncimile sunt reprezentate prin izobate, exprimate în metri. c. Variaţia nivelului mării este reprezentată prin următoarele semne convenţionale: = maree semidiurnă; = maree mixtă. Numărul de lângă acest semn convenţional exprimă în metri amplitudinea medie a mareei de la cvadratură şi de la sigizii; semnul (+) şi semnul (-) indică modificarea maximă, respectiv minimă a nivelului în metri, determinată de vânt. d. Curenţii de suprafaţă sunt reprezentaţi prin culoarea albastă. Curenţii marini constanţi sunt indicaţi prin săgeţi, dintre care cele mai groase arată că e vorba de curenţii cei mai stabili. Numărul dintre săgeţi exprimă cu aproximaţie vitea de noduri a curenţilor cursanţi. Săgeţile formate din puncte reprezintă curenţii mai puţin siguri şi curenţii de sub gheaţă. Vânturile puternice care bat o perioadă îndelungată se pot aduce modificări asupra vitezei şi direcţiei curenţilor. Curenţii totali (de maree şi constanţi) sunt reprezentaţi sub formă de roze; cifrele de lângă săgeţi arată ora faţă de momentul producerii mareei înalte.

185

e. Situaţia gheţurilor este reprezentată prin poziţia medie a marginii gheţurilor fixe sau în derivă pentru fiecare 15 zile. Se mai poate reprezenta şi în procente grosimea diferitelor categorii de gheţuri. f. Precipitaţiile sunt reprezentate printr-o serie de date informative asupra numărului mediu al zilelor cu ninsoare dintr-o lună, numărul mediu al zilelor cu ploaie dintr-o lună, înălţimea medie a stratului de zăpadă din a doua decadă a lunii, numărul mediu al zilelor cu viscol dintr-o lună. g. Ceţurile sunt reprezentate prin numărul mediu al zilelor de ceaţă dintr-o lună. În colţul din dreapta jos a hărţii se găsesc două hărţi la scară mică ale aceluiaşi raion; în prima hartă sunt date informaţii referitoare la transparenţa apei, gheţuri şi nebulozitate; cea de-a doua hartă conţine date privitare la temperatura aerului desupra uscatului, temperatura maximă absolută a aerului şi temperatura medie de la suprafaţa mării, rezultată din observaţii efectuate într-o perioadă îndelungată. Hărţile hidrometeorologice pentru Marea Neagră şi Marea de Azov conţin informaţii referitoare la:

- caracteristica vremii şi frecvenţa tipurilor de vreme pentru diferite puncte;

- vânturi; valuri, indicându-se direcţia şi durata totală ca media lunară a zilelor cu valuri de gradul 6 şi mai mult;

- temperatura apei şi aerului; - media tuturor precipitaţiilor în milimetri pentru porturile din aceste

mări. Hărţile hidrometeorologice se întocmesc la scări cuprinse între: 1:2500000 şi 1:5000000 şi sunt extrem de preţioase pentru navigaţie, din care cauză se recomandă folosirea lor de către navigatori la pregătirea traversadelor şi alegerea drumurilor pe mare. 2. Hărţile-formular. Aceste hărţi sunt întocmite în proiecţie Mercator la scară mică, având reprezentat cu claritate conturul coastei, însă fără alte amănunte ale acesteia. Pe ele se trasează linii drepte care formează dreptunghiuri, în interiorul cărora sunt cuprinse raioanele reprezentate pe hărţile de navigaţie sau raioanele descrise în documentele nautice. În unul din colţurile acestor dreptunghiuri şi în interiorul lor sunt trecute numerele de ordine ale hărţilor de navigaţie.

186

Hărţile-formular sunt anexate la începutul cărţilor-pilot şi în cataloagele de hărţi şi documente nautice. Având numere trecute în dreptunghiurile ce delimitează raioanele, permit alegerea hărţilor de navigaţie şi a documentelor nautice necesare marşului în diferite raioane. 3. Hărţile fuselor orare. Pe aceste hărţi sunt reprezentate regiunile de pe glob care fac parte din cele 12 fuse orare estice şi 12 fuse orare vestice. 4. Hărţile radiofarurilor şi staţiilor radio. Pe aceste hărţi sunt reprezentate punctele în care sunt instalate mijloacele radiotehnice pentru asigurarea navigaţiei. Radiofarurile care lucrează în grup sunt unite prin linii, iar cifra de lângă fiecare radiofar indică numărul său de ordine în grup.

V.5. Mijloace pentru asigurare hidrografică a navigaţiei Principalele condiţii pe care trebuie să le îndeplinească mijloacele pentru asigurarea navigaţiei sunt următoarele:

a. să aibă poziţiile trecute pe hărţile marine de navigaţie cu cea mai mare precizie;

b. să fie vizibile de la distanţă mare atât ziua cât şi noaptea; c. lumina emisă de mijloacele luminoase să aibă o caracteristică

distinctă, încât să se deosebească net de celelalte lumini de pe coastă.

d. Mijloacele pentru semnalizarea de ceaţă trebuie să aibă o funcţionare sigură şi să declanşeze emiterea semnalelor, imediat ce distanţa de vizibilitate scade în zonă sub cea admisă.

Din punct de vedere al destinaţiei mijloacele pentru asigurarea navigaţiei se împart în:

- mijloace de marcare - mijloace de avertisment - mijloace de ghidare.

Din punct de vedere al aparaturii cu care sunt dotate deosebim: - mijloace neluminoase - mijloace luminoase - mijloace pentru semnalizarea de ceaţă - mijloace radiotehnice.

187

Din punct de vedere al locului unde sunt instalate, aceste mijloace se împart în:

a. mijloace de uscat - faruri - luminile de navigaţie - semnalel de navigaţie

b. mijloace plutitoare - nave far - geamandurile - flotoarele şi scondri de maree.

Mijloacele pentru emiterea semnalelor acustice pe timp de ceaţă sunt: - nautofonul - sirena difonul - tifonul - clopotul de ceaţă - cornul de ceaţă - fluierul de ceaţă - gongul de ceaţă - tunul de ceaţă.

V.6. Sistemul internaţional de balizaj maritim Iala regiunea A

V.6.1. Principiile generale ale sistemului de balizaj maritim Sistemul de balizaj maritim al Asociaţiei Internaţionale de Semnalizare Maritimă (A.I.S.M.) cuprinde 5 tipuri de semne distincte ce se pot utiliza în combinaţie:

- semne laterale - semne cardinale - semne de pericol izolat - semne de ape sigure - semne speciale.

Semnele laterale din Regiunea A diferă prin culoarea faţă de cele din Regiunea B, pe când celelalte patru tipuri de semne sunt absolut identice în ambele regiuni.

188

1. Semnale laterale În funcţie de „sensul convenţional al balizajului” semnele laterale ale Regiunii A folosesc, atât ziua cât şi noaptea, culoarea roşie pentru a marca partea stângă a unui şenal şi culoarea verde pentru a marca partea dreaptă. În Regiunea B aceste culori sunt inversate: roşu la tribord şi verdele la babord. 2. Semnele cardinale Semnele cardinale arată că apele cele mai adânci se găsesc în cadranul care poartă numele semnului respectiv. Ele nu au o formă specială ci pot fi geamanduri normale, geamanduri cu şarpantă sau geamanduri-şcondru, piturate în benzi orizontale galbene şi negre, având ca semn de vârf două conuri negre suprapuse. Poziţiile benzilor de culori se pot reţine uşor luând în considerare dispunerea semnelor de vârf: N - conurile cu vârfurile în sus: bandă neagră deasupra benzii galbene; S - conurile cu vârfurile în jos: bandă neagră sub bandă galbenă; E - conurile opuse la baze: benzile negre deasupra şi dedesubtul benzi

galbene; W - conurile opuse la vârf: bandă neagră între două benzi galbene. Luminile semnelor cardinale sunt albe cu sclipiri, clasificate după cadenţa apariţiei luminii în „deosebit de rapide” (100-120 sclipiri pe minut) (DRp) sau „rapide” (Rp) (50-60 sclipiri pe minut). Ritmurile folosite pentru semnele cardinale sunt următoarele:

- nord: sclipiri continue deosebit de rapide sau rapide; - est: trei sclipiri deosebit de rapide sau rapide urmate de un interval

de întuneric; - sud: şase sclipiri deosebit de rapide urmate de o sclipire lungă şi de

un interval de întuneric; - vest: nouă sclipiri deosebit de rapide sau rapide urmate de un

interval de întuneric. Regula de trei, şase, nouă sclipiri este uşor de reţinut dacă se asociază punctele cardinale cu cadranul unui ceas. Sclipirea lungă este definită ca o apariţie de lumină cu o durată de cel puţin două secunde şi serveşte pentru a nu se confunda grupurile de trei sau de nouă sclipiri deosebit de rapide sau rapide cu grupul de şase sclipiri.

189

Semnele de pericol izolat. Semnul de pericol izolat seamănă cu semnele cardinale, dar are ca semn de vârf două sfere negre suprapuse şi în cazul când este dotat cu lumină, aceasta este alb cu două sclipiri. Semnele de ape sigure. Acestea sunt singurele semne piturate în dungi verticale (roşii şi albe) şi au ca semn de vârf o singură sferă roşie. Lumina poate fi albă izofazică, cu ocultaţii, cu sclipiri lungi sau litera „A” din codul Morse. Semnele speciale. Semnele speciale indică o zonă sau o configuraţie particulară a cărei natură este menţionată pe hartă sau în alte documente nautice.Aceste semne sunt piturate în galben, au semnul de vârf în formă de „X” şi pot purta numere sau litere care să le precizeze semnificaţia. Dacă au lumină, aceasta este galbenă dar pentru a nu o confunda pe timp de ceaţă cu luminile albe, lumina galbenă are ritm deosebit de cel al luminilor albe. Semnele pentru pericole noi. Pericolele noi, nemenţionate încă în documentele nautice se marchează, până ce informaţia va fi difuzată suficient, dublând întocmai semnul normal. Un semn de pericol izolat poate fi dotat cu o baliză radar care să emită litera Morse „D”. V.6.2. Regulile sistemului de balizaj maritim V.6.2.1. Generalităţi 1. Domeniu de aplicare Prezentul sistem de reguli se aplică (exceptând farurile, luminile cu sectoare, luminile şi semnele de aliniament, navele far şi supergeamandurile) tuturor semnelor fixe şi plutitoare ce servesc pentru a indica: Limitele laterale ale şenalurilor navigabile. Pericolele naturale şi alte obstacole (exemplu, epave). Alte zone sau configuraţii importante pentru navigatori. Pericolele noi. 2. Tipuri de semne Sistemul de balizaj cuprinde cinci tipuri de semne care pot fi folosite în orice combinaţie: a. Semnele laterale a căror folosire este cu un „sens convenţional de balizaj” sunt utilizate, în general, pentru şenalurile bine definite. Aceste semne indică partea stângă şi partea dreaptă a şenalului. Dacă şenalul se ramifică, se

190

poate folosi un semn lateral pentru a indica drumul care a fost stabilit ca drum preferabil. Semnele laterale diferă în funcţie de Regiunea A sau B în care sunt instalate. b. Semnele cardinale, a căror utilizare este asociată cu aceea a compasului navei, indică cadranul în care nava poate găsi ape sigure. c. Semnele de pericol izolat indică pericolele izolate de întindere limitată în jurul cărora apele nu sunt periculoase. d. Semnele de ape sigure indică faptul că în jurul lor sunt ape nepericuloase (de exemplu, semnele de pe axul unui şenal). e. Semnele speciale nu au ca scop principal să sprijine navigaţia ci să indice o zonă sau o configuraţie menţionată în documentele nautice. 3. Metode folosite pentru caracterizarea semnelor Semnificaţia semnului este determinată de una sau mai multe caracteristici: Noaptea: culoarea şi ritmul luminii. Ziua: culoarea, forma şi semnul din vârf. V.6.2.2. Semnele laterale Definirea „sensului convenţional al balizajului” Prin „sensul convenţional al balizajului” se înţelege: Sensul general pe care îl urmează navele la venirea dinspre larg atunci când se apropie de un port, de gura unui râu, de un estuar sau de o altă cale de apă. În anumite zone, sensul convenit de autorităţile competente de comun acord cu ţările vecine. În principiu, acest sens urmăreşte conturul continentelor în sensul mersului acelor de ceasornic. Regiuni de balizaj Există două regiuni internaţionale de balizaj, A şi B, în care semnele laterale sunt diferite.

191

Descrierea semnelor laterale ale Regiunii A Semnele de babord

Culoarea: roşie. Forma (geamandurilor): cilindrică, cu şarpantă sau şcondru. Semnul din vârf (dacă există): un singur cilindru roşu. Lumina (dacă semnul are în dotare):

- culoarea: roşie - ritmul: oricare, altul decât cel descris la V.6.2.

Semnele de tribord

Culoarea: verde. Forma (geamandurilor): conică, cu şarpantă sau şcondru. Semnul din vârf (dacă există): un singur cilindru verde, cu vârful în sus. Lumina (dacă semnul are în dotare):

- culoarea: verde - ritmul: oricare, altul decât cel descris la V.6.2.

Într-un punct în care şenalul se ramifică în direcţia „sensului convenţional al balizajului”, şenalul preferabil se indică printr-un semn lateral modificat.

Fig. 60

Fig. 61

192

Semnele de şenal preferabil la tribord

Culoarea: roşie cu o bandă lată orizontală verde. Forma (geamandurilor): cilindrică, cu şarpantă sau şcondru. Semnul din vârf (dacă există): un singur cilindru roşu. Lumina (dacă semnul are în dotare):

- culoarea: roşie - ritmul: grup compus de sclipiri (2+1).

Semnele de şenal preferabil la babord

Culoarea: verde cu o bandă lată orizontală roşie. Forma (geamandurilor): cilindrică, cu şarpantă sau şcondru. Semnul din vârf (dacă există): un singur con verde cu vârful în sus. Lumina (dacă semnul are în dotare):

- culoarea: roşie - ritmul: grup compus de sclipiri (2+1).

Fig. 62

Fig. 63

193

Descrierea semnelor laterale ale Regiunii B Semnele de babord

Culoarea: verde. Forma (geamandurilor): cilindrică, cu şarpantă sau şcondru. Semnul din vârf (dacă există): un singur cilindru verde. Lumina (dacă semnul are în dotare):

- culoarea: verde - ritmul: oricare, altul decât cel descris la V.6.2.

Semnele de tribord

Culoarea: roşie. Forma (geamandurilor): conică, cu şarpantă sau şcondru. Semnul din vârf (dacă există): un singur con roşu, cu vârful în sus. Lumina (dacă semnul are în dotare):

- culoarea: roşie - ritmul: oricare, altul decât cel descris la V.6.2.

Într-un punct în care şenalul se ramifică în direcţia „sensului convenţional al balizajului”, şenalul preferabil se indică printr-un semn lateral modificat.

Fig. 64

Fig. 65

194

Semnele de şenal preferabil la tribord

Culoarea: verde cu o bandă lată orizontală roşie. Forma (geamandurilor): cilindrică, cu şarpantă sau şcondru. Semnul din vârf (dacă există): un singur cilindru verde. Lumina (dacă semnul are în dotare):

- culoarea: verde. - ritmul: grup compus de sclipiri (2+1).

Semnele de şenal preferabil la babord

Culoarea: roşie cu o bandă lată orizontală verde. Forma (geamandurilor): conică, cu şarpantă sau şcondru. Semnul din vârf (dacă există): un singur con roşu cu vârful în sus. Lumina (dacă semnul are în dotare):

- culoarea: roşie - ritmul: grup compus de sclipiri (2+1).

Fig. 66

Fig. 67

195

Reguli generale aplicabile semnelor laterale

Dacă geamandurile de babord sau de tribord nu se pot identifica după forma lor cilindrică sau conică, ele vor purta, pe cât posibil, semne de vârf corespuzătoare. Notare cu numere sau litere Dacă semnele de pe laturile unui şenal sunt notate cu numere sau litere, succesiunea numerelor sau literelor va urma „sensul convenţional al balizajului”. V.6.2.3. Semnele cardinale Definirea cadranelor şi a semnelor cardinale Cele patru cadrane (nord, est, sud, vest) sunt limitate de relevmentele adevărate NW-NE, NE-SE, SE-SW, SW-NW a căror origine este punctul de marcat. Un semn cardinal poartă numele cadranului în care este instalat. Numele semnului cardinal indică faptul că se poate trece, în raport de semn, prin cadranul care poartă acest nume.

Fig. 68

196

Folosirea semnelor cardinale Un semn cardinal poate fi folosit pentru:

- A arăta că apele cele mai adânci sunt în cadranul care poartă numele semnului;

- A indica pe ce parte a unui pericol se găsesc ape sigure; - A atrage atenţia asupra unei configuraţii deosebite a unui şenal,

cum ar fi un cot, o joncţiune, o bifurcaţie sau asupra extremităţii unui banc.

Descrierea semnelor cardinale

Semnul cardinal de nord Semnul de vârf1: două conuri negre suprapuse cu vârfurile în sus. Culoarea: neagră deasupra culorii galbene. Forma: cu şarpantă sau şcondru. Lumina (dacă semnul are în dotare):

- culoarea: albă - ritmul: sclipiri continue deosebit de rapide (DRp) sau sclipiri

continue rapide (Rp).

Semnul cardinal de est Semnul de vârf: două conuri negre suprapuse opuse la bază. Culoarea: neagră cu o singură bandă galbenă orizontală. Forma: cu şarpantă sau şcondru. Lumina (dacă semnul are în dotare):

- culoarea: albă - ritmul: grupuri de 3 sclipiri deosebit de rapide - DRp (3) - la

fiecare 5s sau grupuri de 3 sclipiri rapide - Rp (3) - la fiecare 10s. 1 Semnul de vârf format din două conuri este o caracteristică distinctivă a semnelor cardinale foarte importantă pe timpul zilei. S-a convenit ca semnul de vârf să fie folosit pretutindeni acolo unde se poate şi pe cât posibil să fie suficient de mare, fiecare con fiind vizibil separat de celălalt.

197

Semnul cardinal de sud Semnul de vârf: două conuri negre suprapuse, cu vârfurile în jos. Culoarea: galbenă deasupra culorii negre. Forma: cu şarpantă sau şcondru. Lumina (dacă semnul are în dotare):

- culoarea: albă - ritmul: grupuri de 6 sclipiri deosebit de rapide - DRp (6) – plus o

sclipire lungă, toate la fiecare 10s, sau grupuri de 6 sclipiri rapide - Rp (6) – plus o sclipire lungă, toate la fiecare 15s.

Semnul cardinal de vest

Semnul de vârf: două conuri negre suprapuse opuse la vârf. Culoarea: galbenă cu o singură bandă neagră orizontală. Forma: cu şarpantă sau şcondru. Lumina (dacă semnul are în dotare):

- culoarea: albă - ritmul: grupuri de 9 sclipiri deosebit de rapide - DRp (9) - la

fiecare 10s sau grupuri de 9 sclipiri rapide - Rp (9) - la fiecare 15s. V.6.2.4. Semnele de pericol izolat Definirea semnelor de pericol izolat Semnul se instalează pe un pericol izolat înconjurat de ape sigure sau se ancorează lângă pericol.

Fig. 69

198

Descrierea semnelor de pericol izolat Semnul de vârf2: două sfere negre suprapuse. Culoarea: neagră cu una sau mai multe benzi roşii orizontale. Forma: la alegere, dar nu trebuie să se confunde cu semnele laterale; se preferă geamandură cu şarpantă sau şcondru. Lumina (dacă semnul are în dotare):

- culoarea: albă - ritmul: grupuri de 2 sclipiri.

V.6.2.5. Semnele de ape sigure Definirea semnelor de ape sigure Semnele de ape sigure arată că în jurul semnului sunt ape nepericuloase. Aceste semne definesc axele şi mijlocul şenalurilor sau pot indica o zonă de aterizare care nu a fost semnalizată printr-un semn cardinal sau lateral.

Descrierea semnelor de ape sigure Culoarea: benzi verticale roşii şi albe. Forma: sferică, cu şarpantă sau şcondru cu semn în vârf. Semnul de vârf (dacă există): o singură sferă roşie Lumina (dacă semnul are în dotare):

- culoarea: albă - ritmul: izofazic, cu ocultaţii sau cu o sclipire lungă la fiecare 10s

sau litera Morse „A”.

2 Semnul de vârf format din două sfere suprapuse este o caracteristică foarte importantă pe timpul zilei. S-a convenit ca acest semn să fie folosit pretutindeni unde se poate şi, pe cât posibil, să fie suficient de mare, fiecare sferă fiind vizibil separată de celălaltă.

Fig. 70

199

V.6.2.6. Semnele speciale Definirea semnelor speciale Aceste semne nu sprijină direct navigaţia, ci ele indică o zonă specială sau o anumită configuraţie menţionate în documentele nautice oficiale. Ele pot fi:

- Semne pentru marcarea sraţiilor de culegere a datelor oceanografice (SADO).

- Semne de separare a traficului, acolo unde balizajul clasic al şenalului poate duce la confuzii.

- Semne pentru marcarea raioanelor de descărcare a materialelor. - Semne ce indică raioanele folosite pentru exerciţii militare. - Semne ce indică prezenţa cablurilor sau a conductelor. - Semne ce indică zonele rezervate pentru agrement.

Descrierea semnelor speciale Culoarea: galbenă. Forma: la alegere, dar să nu se confunde cu semnele care dau indicaţii privind navigaţia. Semnul de vârf (dacă există): un singur semn galben în formă de „X”. Lumina (dacă semnul are în dotare):

- culoarea: galbenă; - ritmul: oricare, în afară de cele descrise la paragrafele 3,4 şi 5.

Fig. 71

200

Alte semne speciale În afară de semnele speciale enumerate mai sus, administraţia responsabilă poate instala, în cazuri de excepţie şi alte semne, dar care să nu se confunde cu semnele ce dau informaţii privind navigaţia. Aceste cazuri se aduc la cunoştinţa A.I.S.M.-ului în timpul cel mai scurt. V.6.2.7. Pericole noi Definirea pericolelor noi Expresia „pericol nou” defineşte obstacolele descoperite recent nemenţionate încă în documentele nautice. Din această categorie fac parte obstacolele naturale (bancuri de nisip, stânci submarine) sau obstacole rezultate din activitatea omului (epave). Semnalizarea pericolelor noi Pericolele noi sunt balizate conform prezentelor reguli. În cazul în care serviciul responsabil apreciază că pericolul este deosebit de grav, cel puţin unul din semnele folosite va fi imediat dublat. Luminile folosite pentru un astfel de balizaj sunt cu sclipiri deosebit de rapide (DRp) sau sclipiri corespunzătoare tipului de semn cardinal sau lateral folosit. Semnul instalat ca dublură trebuie să fie absolut identic cu semnul pe care-l dublează. Un pericol nou poate fi marcat cu o baliză radar, care emite litera Morse „D” şi care pe ecranul radarului să un semnal cu lungimea de 1 milă marină. Semnul instalat ca dublură poate fi desfiinţat numai atunci când serviciul responsabil apreciază că informaţia privind noul pericol a fost difuzată suficient.

V.7. Documente nautice Navigaţia pe mare se execută folosind hărţi speciale pe care sunt reprezentate toate elementele necesare determinării punctului navei şi trasării drumului. Pe astfel de hărţi nu se pot reprezenta însă un mare număr de date,

201

care au o deosebită importanţă pentru executarea navigaţiei şi pentru informarea navigatorilor asupra condiţiilor şi amenajării de navigaţie din diferite regiuni ale mărilor şi oceanelor. Toate aceste date sunt strânse şi sistematizate într-o serie de publicaţii periodice sau permanente numite „Documente nautice”. Pe de altă parte modificările permanente în situaţia de navigaţie şi nevoia informării navigatorilor asupra acestor modificări au dus la necesitatea apariţiei unor publicaţii, la intervale foarte scurte. Aceste publicaţii editate de majoritatea statelor, săptămânal, se numesc „AVIZE PENTRU NAVIGATOR”. Existenţa acestor trei grupe de materiale distincte (hărţi marine, documente nautice şi avize pentru navigatori) cu ajutorul cărora se execută navigaţia pe mare, este imperios cerută de necesitatea realizării unei unităţi de informare de navigaţie. În categoria principalelor docmente nautice intră:

- catalogul de hărţi şi documente nautice; - cartea pilot; - cartea farurilor; - cartea cu mijloacele radiotehnice pentru asigurarea navigaţiei

(cartea radiofarurilor); - efemerida astronomică nautică; - table de maree.

Uneori în această categorie de documente se includ şi: - tabelele nautice - tabelele logaritmice - anuare hidrografice.

cu alte cuvinte orice document care poate fi folosit de navigatori pentru executarea navigaţiei. Catalogul de hărţi şi documente nautice Catalogul de hărţi şi documente nautice este un document de bază care cuprinde toate hărţile de navigaţie şi documentele nautice indicate de un stat. Aceste materiale sunt trecute într-o anumită ordine, începând cu hărţile de navigaţie şi documentele nautice editate de un stat. Aceste materiale sunt trecute într-o anumită ordine, începând cu hărţile de navigaţie apoi cu

202

celelalte categorii de documente nautice şi terminând cu diferite alte instrucţiuni de navigaţie, table şi formulare. Conţinutul catalogului este redactat sub formă de tabel din care se pot scoate datele necesare asupra unor hărţi sau documente ca: număr de ordine, scară, ediţie, anul corectării, titlu, preţ etc. Un astfel de catalog tipărit periodic de toate statele care editează hărţi de navigaţie şi documente nautice este folosit de navigatori ca un ghid pentru completarea documentării de navigaţie necesare deplasării în diferite regiuni ale mărilor şi oceanelor. Cartea-pilot Cartea-pilot este un document nautic ce conţine o descriere detaliată a raioanelor de navigaţie şi care furnizează navigatorilor toate informaţiile necesare ce nu se găsesc pe hărţi sau în alte publicaţii hidrografice. Se întocmesc pe mări, bazine maritime cu suprafaţă mai mare sau pentru bazine oceanice şi cuprind în general trei capitole (consideraţii şi caracteristici geografice şi hidrometeorologice, reguli de navigaţie şi sisteme de marcare, descrierea de navigaţie). Fiecare carte-pilot se încheie cu un index alfabetic al elementelor şi denumirilor geografice menţionate în paginile ei, care uşurează mult folosirea documentului. Cărţile-pilot conţin o descriere detaliată a coastelor, însoţită de schiţe sau fotografii ale unor sectoare de coastă şi de date asupra fenomenului mareei, curenţilor, pericolelor de navigaţie, locurilor de ancoraj, porturilor şi oraşelor maritime cu posibilităţile lor de aprovizionare, reparaţii şi căi de comunicaţie. În general o carte pilot se consideră actuală o perioadă de 10-12 ani de la apariţia ei. În acest timp cartea-pilot este ţinută la zi cu modificările survenite în situaţia de navigaţie pe baza avizelor pentru navigatori şi a suplimentelor. După această perioadă, cărţile-pilot se reeditează, incluzându-se toate modificările survenite ulterior. Cartea farurilor Este un document nautic editat periodic în mai multe volume, pe mări şi bazine oceanice, care conţine date asupra instalării şi funcţionării mijloacelor pentru asigurarea navigaţiei (costiere, plutitoare, de ceaţă).

203

În general conţinutul majorităţii documentelor de acest gen este sistematizat în trei părţi: a. partea introductivă care cuprinde o serie de generalităţi asupra caracteristicii luminii şi a prescurtărilor folosite, table şi monograme pentru determinarea distanţelor de vizibilitate ale farurilor şi reprezentări grafice ale caracteristicilor luminii; b. partea cu descrierea mijloacelor pentru asigurarea navigaţiei, întocmită sub formă de tabele ce conţin numărul de ordine, denumirea, poziţia, caracteristica luminii, înălţimea luminii şi construcţiei, aspectul exterior şi c. indexul alfabetic al denumirilor mijloacelor descrise. În principiu, cărţile farurilor se reeditează la fiecare 4 ani, dat fiind faptul că modificările în instalarea şi funcţionarea mijloacelor de acest gen sunt extrem de frecvente. Cartea cu mijloace radiotehnice pentru asigurarea navigaţiei (Cartea radiofarurilor) Această categorie de documente nautice, editate periodic într-un complet format din mai multe volume, conţine date caracteristice asupra staţiilor radiogoniometrice, radiofarurilor şi staţiilor radio costiere, existente pe întreg globul sau în anumite raioane şi care deservesc nevoile de navigaţie. Într-unul sau mai multe volume ale completului respectiv se dau date ample asupra informării meteorologice a navelor (staţii, procedura intrării în legătură, coduri folosite, transmiterea avertismentelor de pericole etc.). Efemerida astronomică nautică Efemerida astronomică nautică este o publicaţie anuală ce conţine coordonatele astronomice zilnice ale artiştilor folosişi în calculele de navigaţie pentru determinarea punctului pe mare. De regulă, majoritatea publicaţiilor din această categorie cuprind în partea introductivă indicaţii asupra folosirii lor, după care urmează tablele cu coordonatele zilnice ale Soarelui. Lunii şi ale unor planete, coordonatele principale ale stelelor folosite în navigaţie, azimuturile Atelei Polare şi tablele cu corecţiile de latitudine, table pentru calcularea orei răsăritului şi apusului Soarelui şi Lunii, durata crepusculului şi diferite table de interpolare.

204

Tabel de maree Sunt publicaţii anuale, editate de un număr redus de state, ce conţin elementele mareei pentru porturile principale şi o serie de corecţii pentru prevederea mareei în porturile subsidiare sau secundare. În general în aceste tabele se dau orele de producere a mareelor (înalte şi joase) şi înălţimea acestora faţă de nivelul de referinţă al adâncimilor de pe hărţile de navigaţie. Datele respective sunt calculate direct, pe baza variaţiei elementelor de poziţie ale aştrilor producători de maree şi a caracteristicilor locale de desfăşurare a fenomenului mareei. În ultimul timp pentru calcularea acestor elemente se folosesc maşini speciale, numite „predictoare de maree” care au la bază metoda analizei armonice.

V.8. Corectarea documentelor nautice Este o activitate principală în cadrul informării de navigaţie şi constă în operarea în documentele nautice a tuturor modificărilor survenite în situaţia de navigaţie, de amenajare şi de marcare. Prin această activitate, de o importanţă deosebită pentru navigatori, se realizează menţinerea la nivelul actualităţii a datelor conţinute în documente nautice. Fără o corectare sistematică şi cu cea mai mare conştiinciozitate a documentelor nautice, nu se poate executa o navigaţie sigură. De acest lucru trebuie să ia aminte ofiţerii cu navigaţia de la bordul navelor, care nu trebuie să se bazeze pe o informare locală, de moment, de cele mai multe ori prea târzie. Corectarea documentelor nautice de la bordul navelor noastre se execută în prezent pe baza informaţiilor conţinute în avizele pentru navigatori publicate în România şi Anglia. În plus, cărţile-pilot se corectează periodic şi pe baza elementelor conţinute în suplimente. În avizele pentru navigatori, modificările în situaţia de navigaţie ce fac obiectul unor corecţii saunt date pentru fiecare document nautic în parte, cu indicarea paginii şi rândului său numărului de ordine al mijloacului de asigurare a navigaţiei, astfel că activitatea respectivă de corectare nu constituie o greutate prea mare (mai complicată este corectarea hărţilor de navigaţie, date fiind numărul lor mare şi scările diferite).

205

Ceea ce trebuie să se reţină este faptul că fiecare din avizele menţionate mai sus dau informaţii şi indicaţii pentru corectarea documentelor nautice editate de statul respectiv. De aici rezultă necesitatea ca navele să dispună de o singură documentare. Totuşi cu o muncă suplimentară se poate corecta orice document nautic pe baza informaţiilor publicate în avizele editate de alte ţări, folosindu-se în acest scop indexul alfabetic de la sfârşitul documentului ce conţine datele pentru raionul respectiv. Activitatea de corectare la bordul navelor constă în consultarea avizului pentru navigatori în partea corespunzătoare cu corecţii pentru documentul în cauză. De aici se ia cunoştinţă de pagina şi rândul (numărul de ordine, în cazul cărţilor cu mijloacele pentru asigurarea navigaţiei), unde trebuie să se facă corecţia. Dacă această corecţie este mică, atunci ea se va opera în documentul respectiv cu cerneală roşie. Dacă modificarea este mai mare, atunci rândurile respective vor fi decupate din aviz, iar porţiunea de hârtie se va lipi pe pagina documentului nautic corectat. Evidenţa acestor corecţii se ţine pe un tabel special la începutul fiecărui document, în care se trec numărul avizului, data executării corecţiei şi semnătura celui care a efectuat corecţia. Corectarea documentelor nautice trebuie să se execute imediat la primirea avizelor pentru navigatori, adică săptămânal şi la toate documentele nautice existente la bord, nu numai la cele pentru raioanele în care urmează să navige nava. În nici un caz această activitate nu trebuie amânată de la o săptămână la alta. Când se procură documente nautice, primitorii trebuie să aibă grijă să verifice dacă exemplarele respective sunt corectate până la data ultimului aviz apărut. Acest lucru este specificat pe coperta interioară a documentului prin aplicarea unei ştampile speciale în care se trece data ultimului aviz pe baza căruia s-au efectuat coreţiile. Data menţionată în acest caz pe document reprezintă momentul începând de la care răspunzător cu corectarea documentului respectiv este ofiţerul cu navigaţia.